JP2026008688A - Image Sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】効率及び生産性が向上するように構造を改善したイメージセンサを提供する。
【解決手段】本発明によるイメージセンサは、互いに反対になる第1面及び第2面を有する基板と、基板に位置する光電変換部及び基板の第1面に隣接して位置するピクセル回路を含む複数のピクセル領域を含む。ピクセル回路は、基板の内部に埋め込まれた埋め込み構造を有する複数の埋め込みパターンを含む。ピクセル回路は、垂直型転送ゲート電極の第1ゲート電極を含む第1トランジスタと、第1ゲート電極と異なる断面形状を有する第2ゲート電極を含む第2トランジスタを含む。複数の埋め込みパターンは、第1ゲート電極及び第2ゲート電極を含む。
【選択図】図1
An image sensor having an improved structure for improved efficiency and productivity is provided.
[Solution] An image sensor according to the present invention includes a substrate having opposing first and second surfaces, a plurality of pixel regions including a photoelectric conversion unit located in the substrate and a pixel circuit located adjacent to the first surface of the substrate. The pixel circuit includes a plurality of buried patterns having a buried structure buried within the substrate. The pixel circuit includes a first transistor including a first gate electrode of a vertical transfer gate electrode, and a second transistor including a second gate electrode having a cross-sectional shape different from that of the first gate electrode. The plurality of buried patterns include the first gate electrode and the second gate electrode.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、イメージセンサに関し、より詳細には構造を改善したイメージセンサに関する。 The present invention relates to an image sensor, and more particularly to an image sensor with an improved structure.
イメージセンサは、光学映像を電気信号に変換する半導体素子である。イメージセンサは、シリコン半導体に基づいた電荷結合素子(charge coupled device、CCD)型イメージセンサと、相補性金属酸化物半導体(complementary metal oxide semiconductor、CMOS)型イメージセンサ(CIS)に分類することができる。 An image sensor is a semiconductor device that converts optical images into electrical signals. Image sensors can be classified into charge coupled device (CCD) image sensors based on silicon semiconductors and complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensors (CIS).
この中で、CMOS型イメージセンサは、駆動方式が単純で信号処理回路を単一チップに集積することができ、小型化が可能で、消費電力が低いためバッテリ容量が制限的な製品にも適用することができる。電子産業の発展により、CMOS型イメージセンサの性能を向上させるための様々な研究が続いている。 Among these, CMOS image sensors have a simple driving method and can integrate signal processing circuits on a single chip, allowing for miniaturization. Their low power consumption also makes them suitable for use in products with limited battery capacity. With the development of the electronics industry, various research efforts are ongoing to improve the performance of CMOS image sensors.
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、効率及び生産性を向上させることができるイメージセンサを提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned conventional technology, and its object is to provide an image sensor that can improve efficiency and productivity.
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるイメージセンサは、互いに反対となる第1面及び第2面を有する基板と、基板に位置する光電変換部及び基板の第1面に隣接して位置するピクセル回路を含む複数のピクセル領域とを含む。ピクセル回路は、基板の内部に埋め込まれた埋め込み構造を有する複数の埋め込みパターンを含む。ピクセル回路は、垂直型転送ゲート電極の第1ゲート電極を含む第1トランジスタと、第1ゲート電極とは異なる断面形状を有する第2ゲート電極を含む第2トランジスタを含む。複数の埋め込みパターンは、第1ゲート電極及び第2ゲート電極を含む。 An image sensor according to one aspect of the present invention, which has been made to achieve the above object, includes a substrate having a first surface and a second surface opposite to each other, and a plurality of pixel regions including a photoelectric conversion unit located on the substrate and a pixel circuit located adjacent to the first surface of the substrate. The pixel circuit includes a plurality of buried patterns having a buried structure buried within the substrate. The pixel circuit includes a first transistor including a first gate electrode of a vertical transfer gate electrode, and a second transistor including a second gate electrode having a cross-sectional shape different from the first gate electrode. The plurality of buried patterns include the first gate electrode and the second gate electrode.
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様によるイメージセンサは、互いに反対となる第1面及び第2面を有する基板と、基板に位置する光電変換部及び基板の第1面に隣接して位置するピクセル回路を含む複数のピクセル領域とを含む。ピクセル回路は、基板の内部に埋め込まれた埋め込み構造を有する複数の埋め込みパターンを含む。ピクセル回路は、第1ゲート電極を含む第1トランジスタと、第1ゲート電極とは異なる断面形状を有する第2ゲート電極を含む第2トランジスタと、ドーピング連結パターン及び配線パターンのうちの少なくとも1つを含む連結パターンとを含む。複数の埋め込みパターンは、第2ゲート電極及び連結パターンを含む。 An image sensor according to another aspect of the present invention, which has been made to achieve the above object, includes a substrate having a first surface and a second surface opposite to each other, and a plurality of pixel regions including a photoelectric conversion unit located on the substrate and a pixel circuit located adjacent to the first surface of the substrate. The pixel circuit includes a plurality of buried patterns having a buried structure buried within the substrate. The pixel circuit includes a first transistor including a first gate electrode, a second transistor including a second gate electrode having a cross-sectional shape different from that of the first gate electrode, and a connection pattern including at least one of a doping connection pattern and a wiring pattern. The plurality of buried patterns include the second gate electrode and the connection pattern.
上記目的を達成するためになされた本発明のさらに他の態様によるイメージセンサは、互いに反対となる第1面及び第2面を有する基板と、基板に位置する光電変換部及び基板の第1面に隣接して位置するピクセル回路を含む複数のピクセル領域と、複数のピクセル領域の縁に対応するように位置する分離部とを含む。ピクセル回路は、基板またはこれに位置するドーピング領域に連結され、基板の内部に埋め込まれた埋め込み構造を有するドーピング連結パターンを含む。ドーピング連結パターンが複数のピクセル領域のうちの少なくとも2つのピクセル領域にわたって形成され、ドーピング連結パターンの少なくとも一部が分離部の上に位置する。 An image sensor according to yet another aspect of the present invention, which has been made to achieve the above object, includes a substrate having first and second surfaces opposite to each other, a plurality of pixel regions including a photoelectric conversion unit located on the substrate and a pixel circuit located adjacent to the first surface of the substrate, and an isolation portion located corresponding to edges of the plurality of pixel regions. The pixel circuit includes a doped connection pattern connected to the substrate or a doped region located thereon and having an embedded structure embedded within the substrate. The doped connection pattern is formed across at least two pixel regions of the plurality of pixel regions, and at least a portion of the doped connection pattern is located on the isolation portion.
本発明によれば、互いに異なる構造を有する第1トランジスタ、第2トランジスタ、及び/または連結パターンが基板に共に具備されて工程数を減らし、製造コストを節減することができる。その際、第1トランジスタ、第2トランジスタ、及び/または連結パターンが埋め込み構造を有し、ピクセル回路を容易な工程で形成することができ、第1コンタクトビアの深さを低減して電気的抵抗を低減することができる。そして、連結パターンを複数のピクセル領域に共有するように形成して第1コンタクトビアの数及び第1配線層の面積を低減し、第1コンタクトビアの間の間隔を増加させて寄生容量を低減することができる。寄生容量を低減して変換利得を改善することができる。
これにより、イメージセンサの効率及び生産性を向上させることができる。
According to the present invention, first transistors, second transistors, and/or connecting patterns having different structures are provided together on a substrate, thereby reducing the number of processes and reducing manufacturing costs. In this regard, the first transistors, second transistors, and/or connecting patterns have an embedded structure, allowing pixel circuits to be formed through simple processes, and the depth of first contact vias can be reduced, thereby reducing electrical resistance. Furthermore, the connecting patterns are formed to be shared by multiple pixel regions, thereby reducing the number of first contact vias and the area of the first wiring layer, and increasing the spacing between the first contact vias, thereby reducing parasitic capacitance. The reduced parasitic capacitance can improve conversion gain.
This can improve the efficiency and productivity of the image sensor.
以下、図面を参照して様々な実施例について、本技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。実施例は、様々な形態に具現することができ、本明細書に記載の実施例に限定されない。 Various embodiments will now be described in detail with reference to the drawings so that those skilled in the art can easily implement them. The embodiments may be embodied in various forms and are not limited to the embodiments described herein.
本発明を明確に説明するため、説明と無関係な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同一の参照符号を使用する。 In order to clearly describe the present invention, parts that are irrelevant to the description will be omitted, and the same reference numerals will be used throughout the specification to refer to the same or similar components.
また、図面に示される各構成の大きさ及び厚さは説明の便宜のために任意に示したものであり、本発明は図面に限定されるものではない。説明の便宜及び/または簡単な図示のため、一部の層及び領域の厚さを拡大したり誇張して表現した。 Furthermore, the size and thickness of each component shown in the drawings are shown arbitrarily for the convenience of explanation, and the present invention is not limited to the drawings. For the convenience of explanation and/or for simple illustration, the thickness of some layers and regions has been enlarged or exaggerated.
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるという時、これは他の部分の「真上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆にある部分が他の部分の「真上」にあるという時は、中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「上に」あるというのは、基準となる部分の上または下に位置するものであり、必ずしも重力の反対方向の方に「上に」位置することを意味するものではない。 Furthermore, when a layer, film, region, plate, or other part is said to be "on" another part, this does not only mean that it is "directly on top" of that other part, but also includes cases where there is another part in between. Conversely, when a part is said to be "directly above" another part, it means that there is no other part in between. Furthermore, being "on" a reference part means that it is located above or below the reference part, and does not necessarily mean that it is located "on" in the opposite direction of gravity.
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」と言う時、これは特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。 Also, throughout the specification, when a part is said to "comprise" a certain element, this does not mean that it excludes other elements, but that it may further include other elements, unless specifically stated to the contrary.
また、明細書全体において、「平面上」または「平面から見る時」とは、対象部分を上から見た場合を意味し、「断面上」または「断面から見る時」とは、対象部分を垂直に切断した断面を横から見た場合を意味する。 In addition, throughout the specification, "on a plane" or "when viewed from a plane" means when the target part is viewed from above, and "on a cross section" or "when viewed from a cross section" means when the target part is cut vertically and viewed from the side.
以下、図1~図24を参照して、一実施例によるイメージセンサ及びその製造方法を詳しく説明する。 Hereinafter, an image sensor and a manufacturing method thereof according to one embodiment will be described in detail with reference to Figures 1 to 24.
図1は、イメージセンサ10の一実施例を概略的に示すブロック図である。 Figure 1 is a block diagram showing a schematic diagram of one embodiment of an image sensor 10.
図1を参照すれば、一実施例によるイメージセンサ10は、ピクセルアレイ10aと、ピクセルアレイ10aを制御するロジック回路20とを含む。ロジック回路20は、ピクセルアレイ10aを制御するための回路として、例えば、コントローラ22、タイミング発生器24、ロードライバ26a、リードアウト回路26b、ランプ(ramp)信号生成器26c、及びデータバッファ28を含む。そして、イメージセンサ10は、イメージ信号処理機(image signal processor)30をさらに含む。実施例によりイメージ信号処理機30は、イメージセンサ10の外部に位置する。 Referring to FIG. 1, an image sensor 10 according to one embodiment includes a pixel array 10a and a logic circuit 20 that controls the pixel array 10a. The logic circuit 20 includes circuits for controlling the pixel array 10a, such as a controller 22, a timing generator 24, a row driver 26a, a readout circuit 26b, a ramp signal generator 26c, and a data buffer 28. The image sensor 10 further includes an image signal processor 30. According to one embodiment, the image signal processor 30 is located outside the image sensor 10.
イメージセンサ10は、外部から受信した光を電気信号に変換してイメージ信号を生成し、イメージセンサ10で生成されたイメージ信号は、イメージ信号処理機30に提供される。 The image sensor 10 converts light received from the outside into an electrical signal to generate an image signal, and the image signal generated by the image sensor 10 is provided to the image signal processor 30.
イメージセンサ10は、イメージまたは光センシング機能を有する電子装置に搭載される。例えば、イメージセンサ10は、カメラ、スマートホン、ウェアラブル機器、モノのインターネット(Internet of Things、IoT)機器、家電機器、タブレット(tablet)、個人情報端末(personal digital assistant、PDA)、ポータブルマルチメディア再生装置(portable multimedia player、PMP)、ナビゲ-ション(navigation)、ドローン(drone)、または先進運転支援システム(advanced drivers assistance system、ADAS)のような電子装置に搭載される。また、イメージセンサ10は、車両、家具、製造設備、ドア、または各種計測機器に部品として具備される電子装置に搭載される。 The image sensor 10 is mounted in an electronic device having an image or light sensing function. For example, the image sensor 10 is mounted in electronic devices such as cameras, smartphones, wearable devices, Internet of Things (IoT) devices, home appliances, tablets, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation systems, drones, or advanced driver assistance systems (ADASs). The image sensor 10 is also mounted in electronic devices provided as components in vehicles, furniture, manufacturing equipment, doors, or various measuring instruments.
ピクセルアレイ10aは、複数のピクセル領域PX、そして、複数のピクセル領域PXにそれぞれの連結される複数のローラインRL及び複数のカラムラインCLを含む。 The pixel array 10a includes a plurality of pixel regions PX, and a plurality of row lines RL and a plurality of column lines CL respectively connected to the plurality of pixel regions PX.
一実施例において、各ピクセル領域PXは、少なくとも1つの光電変換素子を含む。光電変換素子は、入射した光を感知し、入射した光を光量に応じた電気信号、即ち、複数のアナログピクセル信号に変換する。光電変換素子は、フォトダイオードまたはピンダイオードである。または、光電変換素子は3Dセンサピクセルに適用される単一光子アバランシェダイオード(single-photon avalanche diode、SPAD)である。光電変換素子から出力されるアナログピクセル信号のレベルは、各ピクセル領域PXに提供される光量または光電変換素子から出力される電荷の量に比例する。 In one embodiment, each pixel region PX includes at least one photoelectric conversion element. The photoelectric conversion element senses incident light and converts the incident light into an electrical signal corresponding to the amount of light, i.e., multiple analog pixel signals. The photoelectric conversion element is a photodiode or a pin diode. Alternatively, the photoelectric conversion element is a single-photon avalanche diode (SPAD) applied to a 3D sensor pixel. The level of the analog pixel signal output from the photoelectric conversion element is proportional to the amount of light provided to each pixel region PX or the amount of charge output from the photoelectric conversion element.
複数のローラインRLは、一方向に延びて、一方向に沿って配置された複数のピクセル領域PXに連結される。例えば、ロードライバ26aからローラインRLに出力される制御信号は、該ローラインRLに連結された複数のピクセル領域PXのトランジスタのゲートに伝達される。カラムラインCLは、一方向と交差する方向に延びて、一方向と交差する方向に沿って配置された複数のピクセル領域PXに連結される。複数のピクセル領域PXから出力される複数のピクセル信号は、複数のカラムラインCLを介してリードアウト回路26bに伝達される。 A plurality of row lines RL extend in one direction and are connected to a plurality of pixel regions PX arranged along that direction. For example, a control signal output from the row driver 26a to a row line RL is transmitted to the gates of transistors in a plurality of pixel regions PX connected to the row line RL. A column line CL extends in a direction intersecting the one direction and is connected to a plurality of pixel regions PX arranged along that direction. A plurality of pixel signals output from a plurality of pixel regions PX are transmitted to a readout circuit 26b via a plurality of column lines CL.
一実施例において、複数のピクセル領域PXは、複数の列及び複数の行の形態にまとめられて1つの単位ピクセルグループを構成する。即ち、ローラインRLの延長方向に配置された複数のピクセル及びカラムラインCLの延長方向に配置された複数のピクセルが、1つの単位ピクセルグループを構成する。例えば、1つの単位ピクセルグループは、2個の列及び2個の行の形態に配列された複数のピクセルを含み、1つの単位ピクセルグループが1つのアナログピクセル信号を出力する。ただし、実施例はこれに限定されず、様々な変更が可能である。 In one embodiment, a plurality of pixel regions PX are arranged in a plurality of columns and a plurality of rows to form one unit pixel group. That is, a plurality of pixels arranged in the extension direction of the row line RL and a plurality of pixels arranged in the extension direction of the column line CL form one unit pixel group. For example, one unit pixel group includes a plurality of pixels arranged in the form of two columns and two rows, and one unit pixel group outputs one analog pixel signal. However, the embodiment is not limited to this, and various modifications are possible.
実施例により、各ピクセル領域PXは、光電変換素子が生成した電荷を処理して電気信号を出力するピクセル回路を含む。ピクセル回路は、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、ソースフォロワトランジスタなどを含む。実施例はこれに限定されず、ピクセル回路は、様々な構造を有し得る。 In some embodiments, each pixel region PX includes a pixel circuit that processes the charges generated by the photoelectric conversion element and outputs an electrical signal. The pixel circuit includes a transfer transistor, a reset transistor, a selection transistor, a source follower transistor, and the like. In other embodiments, the pixel circuit may have various structures.
コントローラ22は、イメージセンサ10に含まれるタイミング発生器24、ロードライバ26a、リードアウト回路26b、ランプ信号発生器26c、データバッファ28等を全般的に制御する。例えば、コントローラ22は、制御信号を用いて動作タイミングを制御する。一実施例におけるコントローラ22は、アプリケーションプロセッサから撮像モードを指示するモード信号を受信し、受信したモード信号に基づいてイメージセンサ10を全体的に制御する。 The controller 22 generally controls the timing generator 24, row driver 26a, readout circuit 26b, ramp signal generator 26c, data buffer 28, etc. included in the image sensor 10. For example, the controller 22 controls operation timing using control signals. In one embodiment, the controller 22 receives a mode signal indicating the imaging mode from the application processor, and generally controls the image sensor 10 based on the received mode signal.
タイミング発生器24は、イメージセンサ10の動作タイミングの基準となる信号を生成する。タイミング発生器24は、ロードライバ26a、リードアウト回路26b、及びランプ信号発生器26cのタイミングを制御する制御信号を提供する。 The timing generator 24 generates a signal that serves as a reference for the operation timing of the image sensor 10. The timing generator 24 provides control signals that control the timing of the row driver 26a, readout circuit 26b, and ramp signal generator 26c.
ロードライバ26aは、タイミング発生器24の制御信号に応答してピクセルアレイ10aを駆動するための制御信号を生成し、複数のローラインRLを介してピクセルアレイ10aの複数のピクセル領域PXに制御信号を提供する。例えば、ロードライバ26aは、転送トランジスタを制御する転送信号、リセットトランジスタを制御するリセット制御信号、選択トランジスタを制御する選択制御信号などを生成してピクセルアレイ10aに提供する。 The row driver 26a generates control signals for driving the pixel array 10a in response to control signals from the timing generator 24, and provides control signals to multiple pixel regions PX of the pixel array 10a via multiple row lines RL. For example, the row driver 26a generates transfer signals for controlling transfer transistors, reset control signals for controlling reset transistors, and selection control signals for controlling selection transistors, and provides these signals to the pixel array 10a.
リードアウト回路26bは、対応するカラムラインCLを介して出力されるピクセル信号(または電気信号)を、光量を示すピクセル値に変換する。ランプ信号発生器26cは、基準信号またはランプ信号を生成してリードアウト回路26bに転送する。例えば、リードアウト回路26bは、ランプ信号とピクセル信号を比較してピクセル信号をピクセル値に変換する。ピクセル値は、複数のビットを有するイメージデータである。 The readout circuit 26b converts the pixel signal (or electrical signal) output via the corresponding column line CL into a pixel value indicating the amount of light. The ramp signal generator 26c generates a reference signal or ramp signal and transfers it to the readout circuit 26b. For example, the readout circuit 26b compares the ramp signal with the pixel signal and converts the pixel signal into a pixel value. The pixel value is image data having multiple bits.
データバッファ28は、リードアウト回路26bから伝達されるピクセル領域PXのピクセル値を保存し、コントローラ22からの信号に応答して保存したピクセル値を出力する。 The data buffer 28 stores pixel values of the pixel area PX transmitted from the readout circuit 26b and outputs the stored pixel values in response to a signal from the controller 22.
イメージ信号処理機30は、データバッファ28から受信したイメージ信号に対してイメージ信号処理を行う。例えば、イメージ信号処理機30は、データバッファ28から複数のイメージ信号を受信して、受信したイメージ信号を合成して1つのイメージを生成する。 The image signal processor 30 performs image signal processing on the image signal received from the data buffer 28. For example, the image signal processor 30 receives multiple image signals from the data buffer 28 and combines the received image signals to generate a single image.
上述したイメージセンサ10は、一例として提示したものに過ぎず、イメージセンサ10の構造、方式などは様々に変更され得る。 The image sensor 10 described above is presented only as an example, and the structure and method of the image sensor 10 can be modified in various ways.
図2は、一実施例によるイメージセンサ10の一部を示す部分断面図である。図3は、図2に示したイメージセンサ10の基板110を概略的に示す平面図である。図2は、図3のA-A’線、B-B’線、及びC-C’線に沿った断面図である。図3は、配線部170に隣接する基板110の第1面111を基準に示す背面平面図である。明確な理解及び簡単な図示のため、図3では、表面絶縁層110bの図示を省略する。 Figure 2 is a partial cross-sectional view showing a portion of an image sensor 10 according to one embodiment. Figure 3 is a plan view schematically showing the substrate 110 of the image sensor 10 shown in Figure 2. Figure 2 is a cross-sectional view taken along lines A-A', B-B', and C-C' in Figure 3. Figure 3 is a rear plan view showing the first surface 111 of the substrate 110 adjacent to the wiring portion 170 as a reference. For clear understanding and simplified illustration, the surface insulating layer 110b is omitted from Figure 3.
図2及び図3を参照すれば、一実施例におけるイメージセンサ10は、基板110及び複数のピクセル領域PXを含む。複数のピクセル領域PXのうちの少なくとも1つは、基板110に位置する光電変換部120、及び基板110の第1面111に隣接したピクセル回路130を含む。イメージセンサ10または基板110は、複数のピクセル領域PXの縁に対応するように位置する分離部126を含む。ピクセル回路130は、基板110の第1面111に隣接した部分で複数のピクセル領域PXに位置する。ピクセル回路130は、基板110の内部に埋め込まれた埋め込み構造(buried structure)を有する複数の埋め込みパターン132を含む。 2 and 3, in one embodiment, the image sensor 10 includes a substrate 110 and a plurality of pixel regions PX. At least one of the plurality of pixel regions PX includes a photoelectric conversion unit 120 located in the substrate 110 and a pixel circuit 130 adjacent to the first surface 111 of the substrate 110. The image sensor 10 or the substrate 110 includes isolation portions 126 located corresponding to edges of the plurality of pixel regions PX. The pixel circuits 130 are located in the plurality of pixel regions PX adjacent to the first surface 111 of the substrate 110. The pixel circuits 130 include a plurality of buried patterns 132 having a buried structure buried within the substrate 110.
実施例における基板110は、半導体物質を含む半導体基板110aを含む。例えば、半導体基板110aは半導体物質を含むバルク基板、バルク基板上にエピタキシャル層が形成された基板、または半導体オン絶縁体である。その際、半導体基板110aに具備された半導体物質は、第1導電型ドーパントを含んで第1導電型(例えば、p型またはn型)を有する。 In this embodiment, the substrate 110 includes a semiconductor substrate 110a containing a semiconductor material. For example, the semiconductor substrate 110a may be a bulk substrate containing a semiconductor material, a substrate with an epitaxial layer formed on a bulk substrate, or a semiconductor-on-insulator. In this case, the semiconductor material provided in the semiconductor substrate 110a contains a first conductivity type dopant and has a first conductivity type (e.g., p-type or n-type).
半導体基板110aに含まれる半導体物質はIV族半導体、III-V族化合物半導体、及びII-VI族化合物半導体のうちの少なくとも1つを含む。例えば、半導体基板110aに含まれる半導体物質は、Si、Ge、SiGe、SiC、GaAs、InAs、GaP、InP、InSb、InGaAs、ZnTe、及びCdSのうちの少なくとも1つを含む。一例として、バルク基板は、単結晶または多結晶半導体基板であり、Si、Ge、またはSiGeを含む。一例として、半導体オン絶縁体は、シリコンオン絶縁体(silicon-on-insulator、SOI)、ゲルマニウムオン絶縁体(germanium-on-insulator、SGOI)、またはシリコンゲルマニウムオン絶縁体(silicon-germanium-on-insulator、SGOI)である。 The semiconductor material included in the semiconductor substrate 110a includes at least one of a Group IV semiconductor, a Group III-V compound semiconductor, and a Group II-VI compound semiconductor. For example, the semiconductor material included in the semiconductor substrate 110a includes at least one of Si, Ge, SiGe, SiC, GaAs, InAs, GaP, InP, InSb, InGaAs, ZnTe, and CdS. For example, the bulk substrate is a single-crystal or polycrystalline semiconductor substrate and includes Si, Ge, or SiGe. For example, the semiconductor-on-insulator is a silicon-on-insulator (SOI), a germanium-on-insulator (SGOI), or a silicon-germanium-on-insulator (SGOI).
基板110の第1面111側に(例えば、第1面111に隣接した半導体基板110aの一部に)ドーピング領域120dが位置する。 Doped region 120d is located on the first surface 111 side of substrate 110 (e.g., in a portion of semiconductor substrate 110a adjacent to first surface 111).
実施例におけるドーピング領域120dは、フローティング拡散領域120f及び接地領域120gのうちの少なくとも1つを含む。フローティング拡散領域120fは、半導体基板110aとは反対になる第2導電型を有する領域として、光電変換部120により生成される電荷が蓄積する領域である。フローティング拡散領域120fは、第1活性領域114aの一部に形成される。接地領域120gは、フローティング拡散領域120f及び複数のトランジスタ140から分離されて位置する第3活性領域114cに配置される。接地領域120gは、半導体基板110aの導電型と同一の第1導電型を有し、基板110または第2導電型ウェル120aよりも高いドーピング濃度を有する領域である。接地領域120gには、接地電圧が印加される。フローティング拡散領域120f及び接地領域120gの位置などについては、後ほどより詳しく説明する。 In the embodiment, the doping region 120d includes at least one of a floating diffusion region 120f and a ground region 120g. The floating diffusion region 120f is a region having a second conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 110a, and is a region where charges generated by the photoelectric conversion unit 120 accumulate. The floating diffusion region 120f is formed in a portion of the first active region 114a. The ground region 120g is disposed in the third active region 114c, which is separated from the floating diffusion region 120f and the plurality of transistors 140. The ground region 120g has the same first conductivity type as that of the semiconductor substrate 110a and a higher doping concentration than the substrate 110 or the second conductivity type well 120a. A ground voltage is applied to the ground region 120g. The positions of the floating diffusion region 120f and the ground region 120g will be described in more detail later.
図面においては、ドーピング領域120dがフローティング拡散領域120f及び接地領域120gを含むことを例示した。ただし、実施例はこれに限定されず、実施例によりフローティング拡散領域120f及び/または接地領域120gを含めないこともある。または、フローティング拡散領域120f及び/または接地領域120g以外のドーピング領域をさらに含むこともできる。 In the drawings, the doping region 120d is illustrated as including a floating diffusion region 120f and a ground region 120g. However, embodiments are not limited to this, and depending on the embodiment, the floating diffusion region 120f and/or the ground region 120g may not be included. Alternatively, the doping region 120d may further include doping regions other than the floating diffusion region 120f and/or the ground region 120g.
一実施例において、基板110の第1面111に隣接した半導体基板110aの第1面の上に位置する表面絶縁層110bをさらに含む。例えば、表面絶縁層110bは、基板110の第1面111に隣接した半導体基板110aの表面、素子分離部124の表面、及び/または分離部126の表面を覆いながら位置する。表面絶縁層110bは、エッチング停止(end point detection、EPD)層に相当する。ただし、実施例はこれに限定されるものではない。他の例として、基板110が半導体基板110aから構成されて表面絶縁層110bを具備しないこともある。 In one embodiment, the semiconductor device further includes a surface insulating layer 110b located on the first surface of the semiconductor substrate 110a adjacent to the first surface 111 of the substrate 110. For example, the surface insulating layer 110b is located while covering the surface of the semiconductor substrate 110a adjacent to the first surface 111 of the substrate 110, the surface of the isolation portion 124, and/or the surface of the isolation portion 126. The surface insulating layer 110b corresponds to an etch stop (end point detection, EPD) layer. However, the embodiment is not limited thereto. As another example, the substrate 110 may be composed of the semiconductor substrate 110a and may not include the surface insulating layer 110b.
実施例における複数のピクセル領域PXが、第1方向(図面のX軸方向)に隣接する第1ピクセル領域PX1と第2ピクセル領域PX2とを含み、第1方向(図面のX軸方向)と交差する第2方向(図面のY軸方向)で、第1ピクセル領域PX1及び第2ピクセル領域PX2にそれぞれの隣接する第3ピクセル領域PX3及び第4ピクセル領域PX4をさらに含む。例えば、図3に示す第1ピクセル領域PX1、第2ピクセル領域PX2、第3ピクセル領域PX3、及び第4ピクセル領域PX4は、1つの単位ピクセルグループを構成するが、実施例は、これに限定されるものではない。 In the embodiment, the plurality of pixel regions PX include a first pixel region PX1 and a second pixel region PX2 adjacent to each other in a first direction (the X-axis direction in the drawing), and further include a third pixel region PX3 and a fourth pixel region PX4 adjacent to the first pixel region PX1 and the second pixel region PX2, respectively, in a second direction (the Y-axis direction in the drawing) intersecting the first direction (the X-axis direction in the drawing). For example, the first pixel region PX1, the second pixel region PX2, the third pixel region PX3, and the fourth pixel region PX4 shown in FIG. 3 constitute one unit pixel group, but the embodiment is not limited thereto.
外部から入射した光を電気信号に変換するための光電変換部120が基板110に位置する。 A photoelectric conversion unit 120 for converting externally incident light into an electrical signal is located on the substrate 110.
例えば、光電変換部120は、第1導電型ドーパントを含んで第1導電型(例えば、p型またはn型)を有する第1導電型ウェル120bと、第2導電型ドーパントを含んで半導体基板110aとは反対になる第2導電型(例えば、n型またはp型)を有する第2導電型ウェル120aを含む。第1導電型ウェル120bは、基板110の第1面111に隣接した半導体基板110aの部分に第1導電型ドーパントをドーピングして形成するか、第2導電型ウェル120aが具備(配置)されない半導体基板110aの部分で構成する。第2導電型ウェル120aは、半導体基板110aに第2導電型ドーパントをドーピングして形成する。第1導電型ウェル120bと第2導電型ウェル120aのpn接合によりフォトダイオードを構成する。光電変換部120は、各ピクセル領域PXに提供される光量に比例して電荷を生成及び蓄積する。実施例により第1導電型ウェル120bが具備されないこともある。 For example, the photoelectric conversion unit 120 includes a first conductivity type well 120b containing a first conductivity type dopant and having a first conductivity type (e.g., p-type or n-type), and a second conductivity type well 120a containing a second conductivity type dopant and having a second conductivity type (e.g., n-type or p-type) opposite to that of the semiconductor substrate 110a. The first conductivity type well 120b is formed by doping a portion of the semiconductor substrate 110a adjacent to the first surface 111 of the substrate 110 with the first conductivity type dopant, or is formed by a portion of the semiconductor substrate 110a where the second conductivity type well 120a is not provided (disposed). The second conductivity type well 120a is formed by doping a second conductivity type dopant into the semiconductor substrate 110a. A photodiode is formed by the pn junction between the first conductivity type well 120b and the second conductivity type well 120a. The photoelectric conversion unit 120 generates and accumulates charges in proportion to the amount of light provided to each pixel region PX. Depending on the embodiment, the first conductivity type well 120b may not be provided.
光電変換部120は、各ピクセル領域PXに対応するように形成される。例えば、複数のピクセル領域PXの間で基板110の少なくとも一部を貫いて基板110に複数のピクセル領域PXを区分する分離部126が位置し、複数のピクセル領域PXで基板110内にそれぞれの1つ以上の光電変換部120が位置する。 The photoelectric conversion units 120 are formed to correspond to each pixel region PX. For example, a separation unit 126 is positioned between the pixel regions PX, penetrating at least a portion of the substrate 110 to separate the pixel regions PX from each other, and one or more photoelectric conversion units 120 are positioned within the substrate 110 in each of the pixel regions PX.
実施例において、断面から見る時、分離部126は、厚さ方向に基板110の少なくとも一部を貫く。平面から見る時、分離部126は、素子分離部124の一部(例えば、内部の部分)を貫いて形成される。 In the embodiment, when viewed from a cross section, the isolation portion 126 penetrates at least a portion of the substrate 110 in the thickness direction. When viewed from a plan view, the isolation portion 126 is formed to penetrate a portion (e.g., an internal portion) of the element isolation portion 124.
分離部126は、相対的に深い深さを有する第1トレンチ内に位置する。例えば、第1トレンチはディープトレンチ(deep trench、DT)であり、分離部126はディープトレンチ分離部(deep trench‐isolation)である。一実施例における分離部126は、基板110の第1面111に隣接した部分を含む前面ディープトレンチ分離部(front deep trench‐isolation、FDTI)及び/または基板110の第2面112に隣接した部分を含む後面ディープトレンチ分離部(back deep trench‐isolation、BDTI)を含む。図面においては、分離部126が前面ディープトレンチ分離部を含めて半導体基板110aを全体的に貫くことを例示しているが、実施例は、これに限定されるものではない。 The isolation portion 126 is located within a first trench having a relatively deep depth. For example, the first trench is a deep trench (DT), and the isolation portion 126 is a deep trench isolation (deep trench isolation). In one embodiment, the isolation portion 126 includes a front deep trench isolation (FDTI) including a portion adjacent to the first surface 111 of the substrate 110 and/or a back deep trench isolation (BDTI) including a portion adjacent to the second surface 112 of the substrate 110. Although the drawings illustrate an example in which the isolation portion 126 entirely penetrates the semiconductor substrate 110a, including the front deep trench isolation, the embodiment is not limited thereto.
平面から見る時、分離部126は、第1方向(図面のX軸方向)に延びる第1分離部126aと第2方向(図面のY軸方向)に延びる第2分離部126bとを含む。例えば、平面から見る時、分離部126は、複数のピクセル領域PXに対応する格子形状を有する。これにより、平面から見る時、各ピクセル領域PXは、一対の第1分離部126aと一対の第2分離部126bにより囲まれる。 When viewed from a plane, the separator 126 includes a first separator 126a extending in a first direction (the X-axis direction in the drawing) and a second separator 126b extending in a second direction (the Y-axis direction in the drawing). For example, when viewed from a plane, the separator 126 has a lattice shape corresponding to the plurality of pixel regions PX. As a result, when viewed from a plane, each pixel region PX is surrounded by a pair of first separators 126a and a pair of second separators 126b.
実施例における分離部126は、第1分離部126aからピクセル領域PXの内部に延びる内部分離部126cをさらに含む。内部分離部126cは、ピクセル領域PXの内部で第2導電型ウェル120aの第1及び第2部分121a、122aを分離する。ただし、実施例は、これに限定されず、内部分離部126cが具備されないこともある。 In this embodiment, the isolation portion 126 further includes an internal isolation portion 126c extending from the first isolation portion 126a into the pixel region PX. The internal isolation portion 126c separates the first and second portions 121a and 122a of the second conductivity type well 120a within the pixel region PX. However, the embodiment is not limited to this, and the internal isolation portion 126c may not be provided.
分離部126は、絶縁層を含む。分離部126の絶縁層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、及びシリコン酸窒化物のうちの少なくとも1つを含み、単層または複数の層を含む。ただし、実施例は、これに限定されず、分離部126の絶縁層の物質は様々に変更することもできる。 The isolation portion 126 includes an insulating layer. The insulating layer of the isolation portion 126 includes at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride, and may include a single layer or multiple layers. However, examples are not limited to this, and the material of the insulating layer of the isolation portion 126 may be changed in various ways.
一実施例における分離部126は、導電層をさらに含む。例えば、分離部126の導電層は半導体物質(例えば、シリコン)を含む。分離部126の導電層に負電圧を印加して正孔蓄積(hole accumulation)を介して暗電流(dark current)を改善することができる。ただし、実施例は、これに限定されるものではない。分離部126の導電層に負電圧が印加されないか、分離部126が導電層を含まないこともある。 In one embodiment, the isolation portion 126 further includes a conductive layer. For example, the conductive layer of the isolation portion 126 includes a semiconductor material (e.g., silicon). By applying a negative voltage to the conductive layer of the isolation portion 126, dark current can be improved through hole accumulation. However, the embodiment is not limited thereto. A negative voltage may not be applied to the conductive layer of the isolation portion 126, or the isolation portion 126 may not include a conductive layer.
半導体基板110aで分離部126に隣接した部分に側壁ドーピング領域が位置する。側壁ドーピング領域は、少なくとも分離部126の両側壁に隣接した部分にそれぞれ形成される。側壁ドーピング領域は、分離部126の導電層と共に暗電流を改善する役割を果たす。側壁ドーピング領域は、半導体基板110aと同一の第1導電型(p型またはn型)を有し、例えば、p型を有する。例えば、側壁ドーピング領域は、p型ドーパントとしてボロン、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどを含む。 A sidewall doped region is located in a portion of the semiconductor substrate 110a adjacent to the isolation portion 126. The sidewall doped region is formed adjacent to at least both sidewalls of the isolation portion 126. The sidewall doped region, together with the conductive layer of the isolation portion 126, serves to improve dark current. The sidewall doped region has the same first conductivity type (p-type or n-type) as the semiconductor substrate 110a, for example, p-type. For example, the sidewall doped region includes boron, aluminum, gallium, indium, etc. as a p-type dopant.
各ピクセル領域PXに位置する光電変換部120(例えば、第2導電型ウェル120a)は、1つの部分で構成されるか、複数の部分で構成される。図3においては、1つのピクセル領域PXで第2導電型ウェル120aが互いに離隔された第1及び第2部分121a、122aと、第1部分121aと第2部分122aを連結する連結部分124aを含むことを例示した。ただし、実施例は、これに限定されるものではない。従って、第2導電型ウェル120aに互いに離隔した部分が3つ以上であったり、連結部分124aが他の位置に具備されたり、具備されていないこともある。 The photoelectric conversion unit 120 (e.g., the second conductivity type well 120a) located in each pixel region PX may be composed of one portion or multiple portions. In FIG. 3, the second conductivity type well 120a in one pixel region PX is illustrated as including first and second portions 121a and 122a spaced apart from each other, and a connecting portion 124a connecting the first portion 121a and the second portion 122a. However, the embodiment is not limited to this. Therefore, the second conductivity type well 120a may have three or more spaced apart portions, or the connecting portion 124a may be located in another position, or may not be present at all.
実施例における素子分離部124は、相対的に小さい深さを有する第2トレンチ内に位置して各ピクセル領域PXで活性領域114を定義する。例えば、第2トレンチは浅いトレンチ(shallow trench、ST)であり、素子分離部124は浅いトレンチ分離部(shallow trench‐isolation、STI)である。素子分離部124は、断面から見る時、基板110の第1面111に隣接した部分で活性領域114を定義する。図面においては、明確な理解のため、素子分離部124と分離部126の境界を示した。他の例として、素子分離部124と分離部126の境界が確認されず、素子分離部124と分離部126が基板110の第1面111に隣接した部分で一体の構造(integral structure)を形成することもできる。 In this embodiment, the isolation portion 124 is located within a second trench having a relatively small depth and defines an active region 114 in each pixel region PX. For example, the second trench is a shallow trench (ST), and the isolation portion 124 is a shallow trench isolation (STI). The isolation portion 124 defines the active region 114 in a portion adjacent to the first surface 111 of the substrate 110 when viewed in cross section. For clarity, the boundary between the isolation portion 124 and the isolation portion 126 is shown in the drawings. As another example, the boundary between the isolation portion 124 and the isolation portion 126 may not be visible, and the isolation portion 124 and the isolation portion 126 may form an integral structure in a portion adjacent to the first surface 111 of the substrate 110.
平面から見る時、素子分離部124は、活性領域114以外の領域に位置する。実施例における活性領域114は、第1トランジスタ142に含まれる第1活性領域114aと、第2トランジスタ144に含まれる第2活性領域114bと、接地領域120gが位置する第3活性領域114cとを含む。 When viewed from a plane, the element isolation portion 124 is located in an area other than the active region 114. In this embodiment, the active region 114 includes a first active region 114a included in the first transistor 142, a second active region 114b included in the second transistor 144, and a third active region 114c in which the ground region 120g is located.
素子分離部124はシリコン酸化物、シリコン窒化物、及びシリコン酸窒化物のうちの少なくとも1つを含み、素子分離部124は、1層または複数の層を含む。ただし、実施例は、これに限定されるものではない。従って、素子分離部124の物質は様々に変更されることもあり、素子分離部124が具備されないこともある。 The element isolation portion 124 may include at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride, and may include one or more layers. However, embodiments are not limited to this. Therefore, the material of the element isolation portion 124 may be varied in various ways, or the element isolation portion 124 may not be provided.
図2においては、基板110の第1面111側に位置した半導体基板110aの第1面に隣接した素子分離部124の表面及び分離部126の表面が、半導体基板110aの第1面と同一の平面上に位置することを例示した。ただし、実施例は、これに限定されず、半導体基板110aの第1面と素子分離部124の表面及び/または分離部126の表面が互いに異なる平面上に位置することもできる。 In FIG. 2, the surfaces of the element isolation portion 124 and isolation portion 126 adjacent to the first surface of the semiconductor substrate 110a located on the first surface 111 side of the substrate 110 are illustrated as being located on the same plane as the first surface of the semiconductor substrate 110a. However, the embodiment is not limited to this, and the first surface of the semiconductor substrate 110a and the surfaces of the element isolation portion 124 and/or isolation portion 126 may be located on different planes.
基板110の第1面111に隣接してピクセル回路130が位置する。ピクセル回路130については、後ほど図4及び図5を共に参照してより詳しく説明する。 The pixel circuit 130 is located adjacent to the first surface 111 of the substrate 110. The pixel circuit 130 will be described in more detail below with reference to both Figures 4 and 5.
基板110の第1面111の上に、ピクセル回路130に電気的に連結される配線部170が位置する。即ち、配線部170は、光が受信される第2面112とは反対になる基板110の第1面111側に位置し、イメージセンサ10に入射する光の経路上に位置しないようにする。これにより、配線部170による光干渉を最小化することができる。 A wiring unit 170 electrically connected to the pixel circuit 130 is located on the first surface 111 of the substrate 110. That is, the wiring unit 170 is located on the first surface 111 side of the substrate 110, opposite the second surface 112 where light is received, so as not to be positioned in the path of light incident on the image sensor 10. This minimizes optical interference caused by the wiring unit 170.
配線部170は、第1層間絶縁層172iを貫いてピクセル回路130に連結(例えば、電気的連結)される第1コンタクトビア172、第1コンタクトビア172に連結(例えば、電気的連結)される第1配線層174、第1配線層174の上に位置する1つまたは複数の第2コンタクトビア176、及び/または1つまたは複数の第2配線層178を含む。第2コンタクトビア176は、第2層間絶縁層176iを貫いて第1配線層174と第2配線層178を連結(例えば、電気的連結)するか、互いに隣接した第2配線層178を連結(例えば、電気的連結)する。配線部170の第1コンタクトビア172、第1配線層174、第2コンタクトビア176、及び第2配線層178は、所望の回路を構成するように連結される。第1コンタクトビア172は、第1配線層174と同一の工程で一緒に形成されるか、第1配線層174とは別途の工程で形成される。第2コンタクトビア176は、第2配線層178と同一の工程で一緒に形成されるか、第2配線層178とは別途の工程で形成される。 The wiring unit 170 includes a first contact via 172 that penetrates the first interlayer insulating layer 172i and is connected (e.g., electrically connected) to the pixel circuit 130, a first wiring layer 174 that is connected (e.g., electrically connected) to the first contact via 172, one or more second contact vias 176 located on the first wiring layer 174, and/or one or more second wiring layers 178. The second contact via 176 penetrates the second interlayer insulating layer 176i and connects (e.g., electrically connects) the first wiring layer 174 and the second wiring layer 178, or connects (e.g., electrically connects) adjacent second wiring layers 178. The first contact vias 172, first wiring layer 174, second contact vias 176, and second wiring layer 178 of the wiring unit 170 are connected to form a desired circuit. The first contact via 172 is formed in the same process as the first wiring layer 174, or in a separate process from the first wiring layer 174. The second contact via 176 is formed in the same process as the second wiring layer 178, or in a separate process from the second wiring layer 178.
第1層間絶縁層172iまたは第2層間絶縁層176iは、絶縁物質を含む。例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、及び/または低誘電率物質を含む。ここで、低誘電率物質は、シリコン酸化物よりも低い誘電率を有する物質である。 The first interlayer insulating layer 172i or the second interlayer insulating layer 176i includes an insulating material, such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and/or a low-k material. Here, a low-k material is a material with a lower dielectric constant than silicon oxide.
第1コンタクトビア172、第1配線層174、第2コンタクトビア176、または第2配線層178は、金属、金属合金、金属窒化物、金属シリサイド(metal silicide)、及びドーピングされた半導体物質のうちの少なくとも1つを含む。ここで、金属または金属合金は、タングステン、モリブデン、アルミニウム、銅、及びコバルトのうちの少なくとも1つを含み、金属窒化物は、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化チタン、及び窒化タンタルのうちの少なくとも1つを含む。第1コンタクトビア172、第1配線層174、第2コンタクトビア176、または第2配線層178は、上述した物質が酸化した金属酸化物または金属酸窒化物をさらに含むこともできる。第1コンタクトビア172、第1配線層174、第2コンタクトビア176、または第2配線層178は単層で構成されることもあり、複数の層で構成されることもある。 The first contact via 172, the first wiring layer 174, the second contact via 176, or the second wiring layer 178 may include at least one of a metal, a metal alloy, a metal nitride, a metal silicide, and a doped semiconductor material. Here, the metal or metal alloy may include at least one of tungsten, molybdenum, aluminum, copper, and cobalt, and the metal nitride may include at least one of tungsten nitride, molybdenum nitride, titanium nitride, and tantalum nitride. The first contact via 172, the first wiring layer 174, the second contact via 176, or the second wiring layer 178 may further include a metal oxide or metal oxynitride formed by oxidizing the above-mentioned materials. The first contact via 172, the first wiring layer 174, the second contact via 176, or the second wiring layer 178 may be formed as a single layer or as multiple layers.
ただし、実施例は、これに限定されず、第1層間絶縁層172iまたは第2層間絶縁層176iは様々な絶縁物質を含むことができ、第1コンタクトビア172、第1配線層174、第2コンタクトビア176、または第2配線層178は様々な導電性物質を含むことができる。 However, embodiments are not limited to this, and the first interlayer insulating layer 172i or the second interlayer insulating layer 176i may include various insulating materials, and the first contact via 172, the first wiring layer 174, the second contact via 176, or the second wiring layer 178 may include various conductive materials.
基板110の第2面112の上に水平絶縁層180、カラーフィルタ182、フィルタ分離部184、保護層186、及びマイクロレンズ188が位置する。 A horizontal insulating layer 180, a color filter 182, a filter separator 184, a protective layer 186, and a microlens 188 are located on the second surface 112 of the substrate 110.
より具体的には、基板110の第2面112の上に水平絶縁層180が位置する。水平絶縁層180は、基板110の第2面112及び分離部126を覆うように位置する。水平絶縁層180は、表面を平坦化する一種の平坦化層の役割を果たし、水平絶縁層180の上に形成されるカラーフィルタ182、マイクロレンズ188などが安定的に形成されるようにする。 More specifically, a horizontal insulating layer 180 is positioned on the second surface 112 of the substrate 110. The horizontal insulating layer 180 is positioned to cover the second surface 112 of the substrate 110 and the separation portion 126. The horizontal insulating layer 180 serves as a type of planarizing layer that flattens the surface, ensuring that the color filters 182, microlenses 188, etc. formed on the horizontal insulating layer 180 are formed stably.
水平絶縁層180は、様々な絶縁物質を含む。例えば、水平絶縁層180は、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、チタン、イットリウム、セリウム、ランタナム、ネオジム、プラセオジム、イッテルビウム、シリコンのうちの少なくとも1つを含む酸化物、窒化物、酸窒化物、及びフッ化物を含む。一例として、水平絶縁層180は、反射防止層の役割を果たすこともできるが、実施例は、これに限定されるものではない。 The horizontal insulating layer 180 may include various insulating materials. For example, the horizontal insulating layer 180 may include oxides, nitrides, oxynitrides, and fluorides containing at least one of hafnium, zirconium, aluminum, tantalum, titanium, yttrium, cerium, lanthanum, neodymium, praseodymium, ytterbium, and silicon. As an example, the horizontal insulating layer 180 may also function as an anti-reflective layer, although examples are not limited thereto.
一実施例における水平絶縁層180は、互いに異なる物質を含み、互いに異なる厚さを有する複数の層を含む。例えば、水平絶縁層180で基板110の第2面112に隣接して位置する第1水平絶縁層は負の固定電荷(fixed charge)を有する固定電荷層である。そうすれば、固定電荷層周辺の正孔蓄積により暗電流を改善することができる。一実施例における第1水平絶縁層は、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、チタン、及びイットリウムのうちの少なくとも1つを含む金属酸化物または金属フッ化物を含む。一例として、水平絶縁層180または反射防止層はハフニウム酸化物を含む第1水平絶縁層、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を含む第2水平絶縁層、ハフニウム酸化物を含む第3水平絶縁層を含む。 In one embodiment, the horizontal insulating layer 180 includes multiple layers containing different materials and having different thicknesses. For example, the first horizontal insulating layer located adjacent to the second surface 112 of the substrate 110 in the horizontal insulating layer 180 is a fixed charge layer having a negative fixed charge. This allows for hole accumulation around the fixed charge layer, thereby improving dark current. In one embodiment, the first horizontal insulating layer includes a metal oxide or metal fluoride containing at least one of hafnium, zirconium, aluminum, tantalum, titanium, and yttrium. For example, the horizontal insulating layer 180 or anti-reflective layer includes a first horizontal insulating layer containing hafnium oxide, a second horizontal insulating layer containing silicon oxide or silicon nitride, and a third horizontal insulating layer containing hafnium oxide.
ただし、実施例は、これに限定されず、水平絶縁層180に含まれる層の数、厚さなどは、様々に変更することができる。他の例として、基板110の第2面112に光を反射する構造物を形成する。例えば、レーザまたはエッチングを用いて基板110の第2面112にナノメートルレベルの大きさを有するナノ細孔(nanoporous)構造を形成して光を反射する。ここで、ナノメートルレベルの大きさとは、1μm未満の大きさ(例えば、平均幅、平均直径、または平均ピッチ)を意味する。これによれば、水平絶縁層180から反射防止層を省略して構造及び製造工程を単純化することができる。ただし、実施例は、これに限定されず、基板110の第2面112に光を反射する構造物を形成する場合にも、水平絶縁層180が反射防止層を含むことができる。 However, embodiments are not limited thereto, and the number and thickness of layers included in the horizontal insulating layer 180 may be modified in various ways. As another example, a light-reflecting structure may be formed on the second surface 112 of the substrate 110. For example, a nanoporous structure having a nanometer-level size may be formed on the second surface 112 of the substrate 110 using a laser or etching to reflect light. Here, a nanometer-level size refers to a size (e.g., average width, average diameter, or average pitch) of less than 1 μm. This allows the structure and manufacturing process to be simplified by omitting an anti-reflection layer from the horizontal insulating layer 180. However, embodiments are not limited thereto, and the horizontal insulating layer 180 may include an anti-reflection layer even when a light-reflecting structure is formed on the second surface 112 of the substrate 110.
水平絶縁層180の上にフィルタ分離部184が位置する。一実施例において、フィルタ分離部184は、カラーフィルタ182の少なくとも一部を囲むように形成される。一例として、フィルタ分離部184は、分離部126と同一または類似の格子形状を有するが、実施例は、これに限定されるものではない。フィルタ分離部184は、フェンスパターン、グリッドパターンなどと称する。 A filter separator 184 is located on the horizontal insulating layer 180. In one embodiment, the filter separator 184 is formed to surround at least a portion of the color filter 182. As an example, the filter separator 184 has a lattice shape that is the same as or similar to the separator 126, but the embodiment is not limited thereto. The filter separator 184 may be referred to as a fence pattern, grid pattern, etc.
フィルタ分離部184は、複数のピクセル領域PXのうちの1つに具備されたカラーフィルタ182の内部に斜めに入射する光が隣接した他のピクセル領域PXに具備されたカラーフィルタ182に進入することを防止する。これにより、複数のピクセル領域PXの間のクロストーク(crosstalk)を防止することができる。 The filter separator 184 prevents light that is obliquely incident on the color filter 182 provided in one of the pixel regions PX from entering the color filter 182 provided in another adjacent pixel region PX. This prevents crosstalk between the pixel regions PX.
一実施例におけるフィルタ分離部184は、カラーフィルタ182またはシリコン酸化物の屈折率よりも小さい屈折率を有する物質、または約1.0~約1.4の屈折率を有する物質を含む。このようにフィルタ分離部184が小さい屈折率を有する物質を含むと、フィルタ分離部184に向かって入射する光が全反射されてピクセル領域PXの内部方向に向く。 In one embodiment, the filter separator 184 includes a material having a refractive index smaller than that of the color filter 182 or silicon oxide, or a material having a refractive index of about 1.0 to about 1.4. When the filter separator 184 includes a material having a small refractive index, light incident on the filter separator 184 is totally reflected and directed toward the interior of the pixel region PX.
例えば、フィルタ分離部184は、ポリメチルメタクリレート(polymethyl metacrylate、PMMA)、シリコーンアクリレート(silicon acrylate)、セルロースアセテートブチレート(cellulose acetate butyrate、CAB)、シリカ(silica)、またはフッ素-シリコーンアクリレート(fluoro-silicon acrylate、FSA)を含む。例えば、フィルタ分離部184は、シリカ粒子が分散したポリマー物質を含む。ただし、実施例はこれに限定されず、フィルタ分離部184は、上述した物質とは異なる物質を含むことができる。 For example, the filter separator 184 may include polymethyl methacrylate (PMMA), silicone acrylate, cellulose acetate butyrate (CAB), silica, or fluoro-silicon acrylate (FSA). For example, the filter separator 184 may include a polymer material having silica particles dispersed therein. However, embodiments are not limited thereto, and the filter separator 184 may include materials other than those described above.
水平絶縁層180の上にカラーフィルタ182が位置する。複数のカラーフィルタ182は、フィルタ分離部184により互いに分離される。複数のカラーフィルタ182は、例えば、緑色フィルタ、青色フィルタ、及び赤色フィルタを含む。実施例により、カラーフィルタ182は、シアン(cyan)フィルタ、マゼンタ(magenta)フィルタ、黄色(yellow)フィルタ、赤外線の光を通過させるための赤外線フィルタなどを含むこともできる。または、可視光線が全て入射するピクセル領域PXが具備されることもある。 A color filter 182 is positioned on the horizontal insulating layer 180. The color filters 182 are separated from each other by filter separators 184. The color filters 182 include, for example, green, blue, and red filters. According to an embodiment, the color filter 182 may include a cyan filter, a magenta filter, a yellow filter, an infrared filter for passing infrared light, etc. Alternatively, a pixel region PX into which all visible light is incident may be provided.
カラーフィルタ182及び/またはフィルタ分離部184の上に保護層186が位置する。保護層186は、有機物、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム酸化物などの様々な物質を含む。ただし、実施例は、保護層186の物質に限定されず、保護層186が具備されないこともある。 A protective layer 186 is positioned on the color filter 182 and/or the filter separator 184. The protective layer 186 may include various materials such as organic materials, silicon oxide, silicon oxynitride, and aluminum oxide. However, embodiments are not limited to the material of the protective layer 186, and the protective layer 186 may not be provided.
カラーフィルタ182及び/または保護層186の上に位置するマイクロレンズ188は、ピクセル領域PXに入射する光を集光することができるように、凸状を有する部分を含む。マイクロレンズ188は、様々な樹脂物質、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン-アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂などを含む。 The microlenses 188 located on the color filters 182 and/or the protective layer 186 include convex portions that can focus light incident on the pixel regions PX. The microlenses 188 may be made of various resin materials, such as styrene-based resins, acrylic-based resins, styrene-acrylic copolymer-based resins, or siloxane-based resins.
ただし、実施例は、これに限定されず、マイクロレンズ188の形状、物質などは様々に変更される。一例として、マイクロレンズ188の代わりにメタレンズが具備される。メタレンズは、ナノメートルレベルのサイズを有するナノロッド(nanorord)、ナノピラー(nanopillar)形態を有するナノ構造を含む。メタレンズでは、光の波長よりも小さいメタ原子が周期的に配列されて形成されたメタサーフェス(meta-surface)により入射した光の方向を変えて特定の地点に光を向けるようにする。これにより、レンズとしての役割を果たすことができる。メタレンズまたはナノ構造は、Si、SiN、GaN、TiO2などを含む。 However, embodiments are not limited thereto, and the shape and material of the microlens 188 may be modified in various ways. As an example, a metalens may be provided instead of the microlens 188. Metalens include nanostructures having nanorod or nanopillar shapes with nanometer-level dimensions. A metalens changes the direction of incident light by using a metasurface formed by periodically arranging meta-atoms smaller than the wavelength of light, thereby directing the light to a specific point. This allows it to function as a lens. Metalens or nanostructures may include Si, SiN, GaN, TiO2, etc.
図面においては、マイクロレンズ188が複数のピクセル領域PXにそれぞれ対応するように位置することを例示した。ただし、実施例は、これに限定されず、1つのマイクロレンズ188が複数のピクセル領域PXに対応するように位置することもできる。実施例により、マイクロレンズ188の外部面上に保護層などがさらに位置することができる。 In the drawings, the microlenses 188 are shown positioned to correspond to multiple pixel regions PX, respectively. However, the embodiment is not limited to this, and one microlens 188 may be positioned to correspond to multiple pixel regions PX. Depending on the embodiment, a protective layer or the like may further be positioned on the outer surface of the microlens 188.
一実施例において、ピクセル領域PXとカラーフィルタ182の相対的な位置及び/またはピクセル領域PXとマイクロレンズ188の相対的な位置は、平面から見る時、イメージセンサ10の中心部分と、イメージセンサ10の縁部分で互いに異なり得る。即ち、ピクセル領域PXに重なるカラーフィルタ182の面積及び/またはピクセル領域PXに重なるマイクロレンズ188の面積は、平面から見る時、イメージセンサ10の中心領域よりも、イメージセンサ10の縁領域でさらに小さいこともある。例えば、ピクセル領域PXに重なるカラーフィルタ182の面積及び/またはピクセル領域PXに重なるマイクロレンズ188の面積が、平面から見る時、イメージセンサ10の中心領域からイメージセンサ10の縁領域に向かいながらさらに小さくなることがある。 In one embodiment, the relative positions of the pixel region PX and the color filter 182 and/or the relative positions of the pixel region PX and the microlens 188 may differ between the center and the edge of the image sensor 10 when viewed from a plan view. That is, the area of the color filter 182 overlapping the pixel region PX and/or the area of the microlens 188 overlapping the pixel region PX may be smaller in the edge region of the image sensor 10 than in the center region of the image sensor 10 when viewed from a plan view. For example, the area of the color filter 182 overlapping the pixel region PX and/or the area of the microlens 188 overlapping the pixel region PX may become smaller from the center region of the image sensor 10 toward the edge region of the image sensor 10 when viewed from a plan view.
上述のように、ピクセル領域PXとカラーフィルタ182及び/またはマイクロレンズ188の相対的な位置を調整し、ピクセル領域PXの光電変換部120に光ができるだけ多く到達するようにする。例えば、マイクロレンズ188、カラーフィルタ182、ピクセル領域PXの光電変換部120の位置を光の経路方向に沿って互いに重なるように配置する。イメージセンサ10の縁領域では、光が斜めの角度で入射するため、斜めの角度で入射した光をピクセル領域PXの光電変換部120にできるだけ多く伝達できるように、ピクセル領域PXとカラーフィルタ182及び/またはマイクロレンズ188の相対的な位置を調整する。 As described above, the relative positions of the pixel region PX and the color filter 182 and/or microlens 188 are adjusted to allow as much light as possible to reach the photoelectric conversion unit 120 in the pixel region PX. For example, the microlens 188, color filter 182, and photoelectric conversion unit 120 in the pixel region PX are positioned so that they overlap with each other along the light path direction. Because light is incident at an oblique angle in the edge region of the image sensor 10, the relative positions of the pixel region PX and the color filter 182 and/or microlens 188 are adjusted to transmit as much of the light incident at an oblique angle as possible to the photoelectric conversion unit 120 in the pixel region PX.
光電変換基板100(例えば、配線部170)の上に追加配線部分200がさらに位置する。追加配線部分200は、基板210と、トランジスタ240、配線270などを含むロジック回路部、電源部などを含む。追加配線部分200に含まれるトランジスタ240は、光電変換基板100に具備される複数のトランジスタ140とは異なる構造を有する。例えば、追加配線部分200のトランジスタ240は、基板210の上にゲート絶縁層及びゲート電極が位置する平面型構造(planar structure)を有する。追加配線部分200の配線270は、層間絶縁層、配線層、コンタクトビアなどを含む。追加配線部分200の配線270に含まれる層間絶縁層、配線層、またはコンタクトビアについては、配線部170に含まれる第1または第2層間絶縁層172i、176i、第1または第2配線層174、178、または第1または第2コンタクトビア172、176に対する説明を適用する。ただし、実施例は、これに限定されず、追加配線部分200に含まれる部材は様々に変更することができる。 An additional wiring portion 200 is further positioned on the photoelectric conversion substrate 100 (e.g., wiring portion 170). The additional wiring portion 200 includes a substrate 210, a logic circuit portion including transistors 240 and wiring 270, a power supply portion, etc. The transistors 240 included in the additional wiring portion 200 have a different structure from the multiple transistors 140 provided in the photoelectric conversion substrate 100. For example, the transistors 240 of the additional wiring portion 200 have a planar structure in which a gate insulating layer and a gate electrode are located on the substrate 210. The wiring 270 of the additional wiring portion 200 includes an interlayer insulating layer, a wiring layer, a contact via, etc. The descriptions of the first or second interlayer insulating layer 172i, 176i, the first or second wiring layer 174, 178, or the first or second contact via 172, 176 included in the wiring unit 170 apply to the interlayer insulating layer, wiring layer, or contact via included in the wiring 270 of the additional wiring portion 200. However, the embodiments are not limited to this, and the components included in the additional wiring portion 200 can be modified in various ways.
実施例によるイメージセンサ10で外部から入射する光は、マイクロレンズ188で集光され、カラーフィルタ182を介して光電変換部120に入射する。光電変換部120に入射した光は、光量により電気信号に変換される。 In this embodiment, light incident from the outside on the image sensor 10 is collected by the microlens 188 and enters the photoelectric conversion unit 120 via the color filter 182. The light incident on the photoelectric conversion unit 120 is converted into an electrical signal depending on the amount of light.
図2及び図3と共に図4及び図5を参照して、複数の埋め込みパターン132を含むピクセル回路130をより詳しく説明する。 Referring to Figures 4 and 5, along with Figures 2 and 3, a pixel circuit 130 including multiple embedded patterns 132 will be described in more detail.
図4は、図2のD部分を拡大して示す図であり、図5は、図2のE部分を拡大して示す図である。 Figure 4 is an enlarged view of portion D in Figure 2, and Figure 5 is an enlarged view of portion E in Figure 2.
図2~図5を参照すれば、実施例で基板110の第1面111に隣接してピクセル回路130を配置する。平面から見る時、ピクセル回路130は、ピクセル領域PXの内部に位置するか、分離部126及び/または素子分離部124の上に位置するか、活性領域114に位置する。 Referring to Figures 2 to 5, in this embodiment, the pixel circuit 130 is disposed adjacent to the first surface 111 of the substrate 110. When viewed from a plan view, the pixel circuit 130 is located within the pixel region PX, on the isolation portion 126 and/or the device isolation portion 124, or in the active region 114.
実施例におけるピクセル回路130は、複数のトランジスタ140及び/または連結パターン150を含む。その際、ピクセル回路130は、基板110の内部に埋め込まれた埋め込み構造を有する複数の埋め込みパターン132を含む。連結パターン150は、複数のトランジスタ140を除外した部分であり、基板110またはドーピング領域120dに連結されるドーピング連結パターン(例えば、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154)、そして、複数のトランジスタ140及び/またはドーピング連結パターンに連結される配線パターンなどを全て含む。配線パターンについては、後ほど図25を参照してより詳しく説明する。 In this embodiment, the pixel circuit 130 includes a plurality of transistors 140 and/or a connecting pattern 150. The pixel circuit 130 also includes a plurality of buried patterns 132 having a buried structure buried within the substrate 110. The connecting pattern 150 is the portion excluding the plurality of transistors 140, and includes all of the doped connecting patterns (e.g., first connecting pattern 152 and/or second connecting pattern 154) connected to the substrate 110 or the doped region 120d, and the wiring patterns connected to the plurality of transistors 140 and/or the doped connecting patterns. The wiring patterns will be described in more detail later with reference to FIG. 25.
実施例における複数のトランジスタ140は、垂直型転送ゲート(verticaltransfer gate、VTG)電極である第1ゲート電極142gを含む第1トランジスタ142と、第1ゲート電極142gとは異なる断面形状を有する第2ゲート電極144gを含む第2トランジスタ144を含む。 In this embodiment, the plurality of transistors 140 includes a first transistor 142 including a first gate electrode 142g, which is a vertical transfer gate (VTG) electrode, and a second transistor 144 including a second gate electrode 144g having a cross-sectional shape different from that of the first gate electrode 142g.
第1トランジスタ142は、垂直型転送ゲート電極の第1ゲート電極142gを含む転送トランジスタである。実施例における第2トランジスタ144は、複数のピクセル領域PXに具備され、互いに異なる動作を行う複数の第2トランジスタ144を含む。例えば、第2トランジスタ144は、リセットトランジスタ146a及び選択トランジスタ146bのうちの少なくとも1つを含む第3トランジスタ146と、ソースフォロワトランジスタ148aを含む第4トランジスタ148を含む。 The first transistor 142 is a transfer transistor including a first gate electrode 142g of a vertical transfer gate electrode. In this embodiment, the second transistor 144 is provided in multiple pixel regions PX and includes multiple second transistors 144 that perform different operations. For example, the second transistor 144 includes a third transistor 146 including at least one of a reset transistor 146a and a select transistor 146b, and a fourth transistor 148 including a source follower transistor 148a.
第1トランジスタ142は、第1ゲート電極142gに印加される転送信号に応答して、光電変換部120に生成された電荷をフローティング拡散領域120fに転送する。リセットトランジスタ146aは、リセット制御信号が印加される時、フローティング拡散領域120fに蓄積された電荷をリセットさせる。選択トランジスタ146bは、選択制御信号に応答してピクセル領域PXを選択する。ソースフォロワトランジスタ148aは、フローティング拡散領域120fに蓄積された電荷量に応じたピクセル信号を発生させる。 The first transistor 142 transfers the charge generated in the photoelectric conversion unit 120 to the floating diffusion region 120f in response to a transfer signal applied to the first gate electrode 142g. The reset transistor 146a resets the charge stored in the floating diffusion region 120f when a reset control signal is applied. The selection transistor 146b selects the pixel region PX in response to a selection control signal. The source follower transistor 148a generates a pixel signal corresponding to the amount of charge stored in the floating diffusion region 120f.
第1トランジスタ142は、光電変換部120と電気的に連結され、第1ゲート電極142gを含む。断面から見る時、垂直型転送ゲート電極の第1ゲート電極142gは、平面での幅(例えば、図面のX軸またはY軸方向での最小幅)よりもイメージセンサ10の厚さ方向(図面のZ軸方向)での長さ(例えば、最大長さ)が、より大きい形状を有する。第1トランジスタ142は、第1ゲート電極142gと基板110(例えば、半導体基板110a)の間に位置するゲート絶縁層(例えば、第1ゲート絶縁層140a)をさらに含む。 The first transistor 142 is electrically connected to the photoelectric conversion unit 120 and includes a first gate electrode 142g. When viewed in cross section, the first gate electrode 142g of the vertical transfer gate electrode has a shape in which its length (e.g., maximum length) in the thickness direction of the image sensor 10 (the Z-axis direction in the drawing) is greater than its width in the plane (e.g., minimum width in the X-axis or Y-axis direction in the drawing). The first transistor 142 further includes a gate insulating layer (e.g., first gate insulating layer 140a) located between the first gate electrode 142g and the substrate 110 (e.g., semiconductor substrate 110a).
図3においては、第2導電型ウェル120aの第1部分121aに対応して1つの第1活性領域114aが具備され、第2導電型ウェル120aの第2部分122aに対応して他の第1活性領域114aが具備されたことを例示した。そして、図3においては、1つの第1活性領域114aに2つの第1ゲート電極142gが連結されるデュアル垂直型転送ゲート(dual vertical transfer gate、dual VTG)構造を例示した。これによれば、光電変換部120で生成される電荷を効果的に転送することができる。明確な理解のために図3においては、1つの第1活性領域114aに連結される2つの第1ゲート電極142gが互いに離隔したことを示したが、実施例は、これに限定されるものではない。他の例として、1つの第1活性領域114aに連結される2つの第1ゲート電極142gが基板110の第1面111に隣接した部分で互いに連結され得る。また他の例として、1つの第1活性領域114aに1つの第1ゲート電極142gが連結される単一垂直型転送ゲート(single vertical transfer gate、single VTG)構造を有することができる。その他の様々な変更が可能である。 3 illustrates an example in which one first active region 114a is provided corresponding to the first portion 121a of the second conductivity type well 120a, and another first active region 114a is provided corresponding to the second portion 122a of the second conductivity type well 120a. Also, FIG. 3 illustrates a dual vertical transfer gate (dual VTG) structure in which two first gate electrodes 142g are connected to one first active region 114a. This allows for efficient transfer of charges generated in the photoelectric conversion unit 120. For clarity, FIG. 3 illustrates two first gate electrodes 142g connected to one first active region 114a as being spaced apart from each other, but the embodiment is not limited thereto. As another example, two first gate electrodes 142g connected to one first active region 114a may be connected to each other at a portion adjacent to the first surface 111 of the substrate 110. As yet another example, a single vertical transfer gate (single VTG) structure may be formed in which one first gate electrode 142g is connected to one first active region 114a. Various other modifications are possible.
第2トランジスタ144は、第1トランジスタ142とは異なる構造または形状を有する。ここで、異なる構造または形状を有するとは、トランジスタに含まれたり、トランジスタに関する電極、層、ドーピング部分の含み有無、位置、配置などが異なり、トランジスタに含まれたり、関連する電極、層、ドーピング部分の断面構造または断面形状が異なることを意味する。即ち、幅、長さ、平面形状などに差があるだけでは異なる構造または形状を有するとは見えない。 The second transistor 144 has a different structure or shape from the first transistor 142. Here, "having a different structure or shape" means that the presence or absence, position, and arrangement of electrodes, layers, and doped portions included in or related to the transistor are different, and the cross-sectional structure or cross-sectional shape of the electrodes, layers, and doped portions included in or related to the transistor are different. In other words, differences in width, length, planar shape, etc. alone do not appear to be different structures or shapes.
実施例における第2トランジスタ144は、第2ゲート電極144gと、第2ゲート電極144gの両側に位置し、基板110(例えば、半導体基板110a)に位置するソース及びドレイン領域を含む。第2トランジスタ144は、第2ゲート電極144gと基板110との間に位置するゲート絶縁層(例えば、第1ゲート絶縁層140aまたは第2ゲート絶縁層140b)をさらに含む。 In this embodiment, the second transistor 144 includes a second gate electrode 144g and source and drain regions located on either side of the second gate electrode 144g and located in the substrate 110 (e.g., semiconductor substrate 110a). The second transistor 144 further includes a gate insulating layer (e.g., first gate insulating layer 140a or second gate insulating layer 140b) located between the second gate electrode 144g and the substrate 110.
複数のピクセル領域PXに具備された複数の第2トランジスタ144(例えば、選択トランジスタ146b、リセットトランジスタ146a、及びソースフォロワトランジスタ148a)に含まれる複数の第2ゲート電極144gは、互いに同一の断面構造を有する。ここで、同一の断面構造を有するとは、複数の第2ゲート電極144gに含まれたり、関連する電極、層、ドーピング部分の含み有無、位置、配置などが同一であるか、複数の第2ゲート電極144gに含まれたり、関連する電極、層、ドーピング部分が共通した断面構造または断面形状を有することを意味する。即ち、幅、長さ、平面形状などに差があっても同一の断面構造または断面形状を有する。 The second gate electrodes 144g included in the second transistors 144 (e.g., the selection transistor 146b, the reset transistor 146a, and the source follower transistor 148a) provided in the pixel regions PX have the same cross-sectional structure. Here, having the same cross-sectional structure means that the presence or absence, position, and arrangement of the electrodes, layers, and doped portions included in or associated with the second gate electrodes 144g are the same, or the electrodes, layers, and doped portions included in or associated with the second gate electrodes 144g have a common cross-sectional structure or shape. In other words, they have the same cross-sectional structure or shape even if there are differences in width, length, planar shape, etc.
実施例における第2トランジスタ144またはこれに含まれる第2ゲート電極144gは、それぞれ三次元(3D)構造を有する三次元トランジスタまたは三次元ゲート電極である。例えば、第2トランジスタ144またはこれに含まれる第2ゲート電極144gの長さ方向と交差(例えば、直交)する断面で、両側部分の間に位置した内側部分に深さが変化する深さ変化部分が具備される。このように内側部分に深さ変化部分が具備されると、平面における第2ゲート電極144gの幅(例えば、図面のY軸方向における幅、一例として最小幅)よりも第2トランジスタ144のトランジスタ幅(transistor width)がより広い。それによって、第2トランジスタ144の特性を維持しながら第2トランジスタ144の面積を減らすことができ、ピクセルの微細化に対応することができる。 In the embodiment, the second transistor 144 or the second gate electrode 144g included therein is a three-dimensional (3D) transistor or a three-dimensional gate electrode, respectively. For example, a depth-varying portion, in which the depth changes, is provided in an inner portion located between both side portions in a cross section intersecting (e.g., perpendicular to) the longitudinal direction of the second transistor 144 or the second gate electrode 144g included therein. When a depth-varying portion is provided in the inner portion, the transistor width of the second transistor 144 is wider than the width of the second gate electrode 144g in a plan view (e.g., the width in the Y-axis direction in the drawing, e.g., the minimum width). This allows the area of the second transistor 144 to be reduced while maintaining the characteristics of the second transistor 144, thereby enabling pixel miniaturization.
例えば、断面から見る時、第2トランジスタ144の第2ゲート電極144gにおいて、中心部分に凹部分C1が具備されて相対的に小さい深さを有し、中心部分と両側部分との間に凸部分C2が具備されて相対的に大きい深さを有する。ただし、図4に示す第2トランジスタ144の第2ゲート電極144gの形状は、三次元構造の一例として示したものに過ぎず、実施例は、これに限定されるものではない。したがって、第2ゲート電極144gは、第1ゲート電極142gとは異なる断面形状を有する様々な構造を有することができる。 For example, when viewed from a cross section, the second gate electrode 144g of the second transistor 144 has a recessed portion C1 in the center portion, resulting in a relatively small depth, and protruding portions C2 between the center portion and both side portions, resulting in a relatively large depth. However, the shape of the second gate electrode 144g of the second transistor 144 shown in FIG. 4 is merely an example of a three-dimensional structure, and embodiments are not limited to this. Therefore, the second gate electrode 144g can have various structures with cross-sectional shapes different from those of the first gate electrode 142g.
実施例において、第2トランジスタ144の第2ゲート電極144gの両側に素子分離部124が位置する。より具体的には、第2トランジスタ144の第2ゲート電極144gの長さ方向(図面のX軸方向)と交差(例えば、垂直)する交差方向(図面のY軸方向)から見る時、第2トランジスタ144の第2ゲート電極144gの両側に素子分離部124が位置する。平面から見る時、第2トランジスタ144の両側に位置した素子分離部124は、第2ゲート電極144gの長さ方向と平行な方向に延びる部分を含む。これによれば、三次元構造を有する第2トランジスタ144の第2ゲート電極144gを容易に形成することができる。これについては、後ほど製造方法でより詳しく説明する。 In this embodiment, the device isolation portions 124 are located on both sides of the second gate electrode 144g of the second transistor 144. More specifically, when viewed in a direction (Y-axis direction in the drawing) that intersects (e.g., perpendicular to) the length direction (X-axis direction in the drawing) of the second gate electrode 144g of the second transistor 144, the device isolation portions 124 are located on both sides of the second gate electrode 144g of the second transistor 144. When viewed from above, the device isolation portions 124 located on both sides of the second transistor 144 include portions that extend in a direction parallel to the length direction of the second gate electrode 144g. This makes it easy to form the second gate electrode 144g of the second transistor 144 with a three-dimensional structure. This will be explained in more detail later in the manufacturing method.
実施例においては、各ピクセル領域PXに第1トランジスタ142及び第2トランジスタ144が具備され、1つの単位ピクセルグループを構成する複数のピクセル領域PXに位置した複数の第2トランジスタ144は互いに異なる動作をするトランジスタとして共有される。例えば、図3に示す第1ピクセル領域PX1、第2ピクセル領域PX2、第3ピクセル領域PX3、及び第4ピクセル領域PX4が1つの単位ピクセルグループを構成する。その際、第1ピクセル領域PX1及び第3ピクセル領域PX3のそれぞれに位置した第2トランジスタ144がソースフォロワトランジスタ148aを含み、第2ピクセル領域PX2に位置した第2トランジスタ144が選択トランジスタ146bを含み、第4ピクセル領域PX4に位置した第2トランジスタ144がリセットトランジスタ146aを含む。ただし、実施例は、これに限定されず、様々な変更が可能である。 In this embodiment, each pixel region PX is provided with a first transistor 142 and a second transistor 144, and the second transistors 144 located in the pixel regions PX constituting one unit pixel group are shared as transistors that operate differently from each other. For example, the first pixel region PX1, the second pixel region PX2, the third pixel region PX3, and the fourth pixel region PX4 shown in FIG. 3 constitute one unit pixel group. In this case, the second transistors 144 located in the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3 each include a source follower transistor 148a, the second transistor 144 located in the second pixel region PX2 includes a selection transistor 146b, and the second transistor 144 located in the fourth pixel region PX4 includes a reset transistor 146a. However, the embodiment is not limited to this and various modifications are possible.
実施例における連結パターン150は、接地領域120gに電気的及び/または物理的に連結される第1連結パターン152と、フローティング拡散領域120fに電気的及び/または物理的に連結される第2連結パターン154のうちの少なくとも1つを含む。 In this embodiment, the connection pattern 150 includes at least one of a first connection pattern 152 electrically and/or physically connected to the ground region 120g and a second connection pattern 154 electrically and/or physically connected to the floating diffusion region 120f.
その際、各ピクセル領域PXにおける接地領域120gは、第1連結パターン152に隣接した第3活性領域114cの少なくとも一部に位置する。そして、各ピクセル領域PXにおけるフローティング拡散領域120fは、第2連結パターン154に隣接した第1活性領域114aの少なくとも一部に1つまたは複数が位置する。例えば、第2導電型ウェル120aが第1部分121a及び第2部分122aを具備する場合には、第1部分121aに対応する第1活性領域114aで少なくとも第2連結パターン154に隣接した部分にフローティング拡散領域120fが位置し、第2部分122aに対応する第1活性領域114aで少なくとも第2連結パターン154に隣接した部分にフローティング拡散領域120fが位置する。各ピクセル領域PXにおけるフローティング拡散領域120fは、第1トランジスタ142(例えば、第1ゲート電極142g)の少なくとも一側に位置する。 In this case, the ground region 120g in each pixel region PX is located in at least a portion of the third active region 114c adjacent to the first connecting pattern 152. One or more floating diffusion regions 120f in each pixel region PX are located in at least a portion of the first active region 114a adjacent to the second connecting pattern 154. For example, if the second conductive well 120a has a first portion 121a and a second portion 122a, the floating diffusion region 120f is located in at least a portion of the first active region 114a corresponding to the first portion 121a adjacent to the second connecting pattern 154, and the floating diffusion region 120f is located in at least a portion of the first active region 114a corresponding to the second portion 122a adjacent to the second connecting pattern 154. The floating diffusion region 120f in each pixel region PX is located on at least one side of the first transistor 142 (e.g., the first gate electrode 142g).
第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154は、複数のピクセル領域PXのうちの少なくとも2つのピクセル領域PXにわたって形成され、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154の少なくとも一部が分離部126の上に位置する。即ち、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154は、複数のピクセル領域PXのうちの少なくとも2つのピクセル領域PXに共有される。 The first connecting pattern 152 and/or the second connecting pattern 154 is formed across at least two pixel regions PX among the plurality of pixel regions PX, and at least a portion of the first connecting pattern 152 and/or the second connecting pattern 154 is located on the isolation portion 126. That is, the first connecting pattern 152 and/or the second connecting pattern 154 is shared by at least two pixel regions PX among the plurality of pixel regions PX.
一実施例における第1連結パターン152が、第1ピクセル領域PX1、第2ピクセル領域PX2、第3ピクセル領域PX3、及び第4ピクセル領域PX4にわたって形成される。第1連結パターン152が、第1ピクセル領域PX1、第2ピクセル領域PX2、第3ピクセル領域PX3、及び第4ピクセル領域PX4にそれぞれ位置した複数の接地領域120gに連結される。 In one embodiment, the first connecting pattern 152 is formed across the first pixel region PX1, the second pixel region PX2, the third pixel region PX3, and the fourth pixel region PX4. The first connecting pattern 152 is connected to a plurality of ground regions 120g located in the first pixel region PX1, the second pixel region PX2, the third pixel region PX3, and the fourth pixel region PX4, respectively.
例えば、第1ピクセル領域PX1、第2ピクセル領域PX2、第3ピクセル領域PX3、及び第4ピクセル領域PX4が互いに隣接する1つの単位ピクセルグループの中央部分に1つの第1連結パターン152が具備される。平面から見る時、第1ピクセル領域PX1、第2ピクセル領域PX2、第3ピクセル領域PX3、及び第4ピクセル領域PX4のそれぞれで、接地領域120gが1つの単位ピクセルグループの中央部分に隣接して位置する。これにより、第1連結パターン152が第1ピクセル領域PX1、第2ピクセル領域PX2、第3ピクセル領域PX3、及び第4ピクセル領域PX4にそれぞれ位置した複数(例えば、4つ)の接地領域120gに容易に連結される。 For example, one first connecting pattern 152 is provided in the center of one unit pixel group where the first pixel region PX1, the second pixel region PX2, the third pixel region PX3, and the fourth pixel region PX4 are adjacent to one another. When viewed from a plane, a ground region 120g is located adjacent to the center of one unit pixel group in each of the first pixel region PX1, the second pixel region PX2, the third pixel region PX3, and the fourth pixel region PX4. This allows the first connecting pattern 152 to be easily connected to multiple (e.g., four) ground regions 120g located in the first pixel region PX1, the second pixel region PX2, the third pixel region PX3, and the fourth pixel region PX4, respectively.
その際、第1連結パターン152の一部が第1ピクセル領域PX1と、第3ピクセル領域PX3との間に位置する第1分離部126aの一部、第2ピクセル領域PX2と第4ピクセル領域PX4との間に位置する第1分離部126aの一部、第1ピクセル領域PX1と第2ピクセル領域PX2との間に位置する第2分離部126bの一部、そして、第3ピクセル領域PX3と第4ピクセル領域PX4との間に位置する第2分離部126bの一部の上に位置する。 In this case, a portion of the first connecting pattern 152 is located on a portion of the first isolation portion 126a located between the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3, a portion of the first isolation portion 126a located between the second pixel region PX2 and the fourth pixel region PX4, a portion of the second isolation portion 126b located between the first pixel region PX1 and the second pixel region PX2, and a portion of the second isolation portion 126b located between the third pixel region PX3 and the fourth pixel region PX4.
上述した説明においては、半導体基板110aに接地領域120gが具備され、第1連結パターン152が接地領域120gに連結されたことを例示した。ただし、実施例は、これに限定されず、半導体基板110aに接地領域120gが具備されず、第1連結パターン152を半導体基板110aまたは第1導電型ウェル120bに連結することもできる。その他の様々な変更が可能である。 In the above description, an example has been given in which the semiconductor substrate 110a is provided with a ground region 120g and the first connecting pattern 152 is connected to the ground region 120g. However, the embodiment is not limited to this, and the semiconductor substrate 110a may not be provided with a ground region 120g, and the first connecting pattern 152 may be connected to the semiconductor substrate 110a or the first conductivity type well 120b. Various other modifications are possible.
一実施例における第2連結パターン154は、第1連結部分154aと第2連結部分154bとを含む。 In one embodiment, the second connecting pattern 154 includes a first connecting portion 154a and a second connecting portion 154b.
第1連結部分154aが、第1ピクセル領域PX1及び第3ピクセル領域PX3にわたって形成され、第1ピクセル領域PX1及び第3ピクセル領域PX3に具備されたフローティング拡散領域120fに連結される。 The first connecting portion 154a is formed across the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3 and is connected to the floating diffusion region 120f provided in the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3.
例えば、第2方向(図面のY軸方向)で隣接した第1ピクセル領域PX1と第3ピクセル領域PX3の中央部分に第1連結部分154aが具備される。第1ピクセル領域PX1及び第3ピクセル領域PX3のそれぞれの第1活性領域114aで第1連結部分154aに隣接した部分にフローティング拡散領域120fが位置する。実施例においては、各ピクセル領域PXに複数(例えば、2つ)のフローティング拡散領域120fが位置するので、第1連結部分154aは、第1及び第3ピクセル領域PX1、PX3に具備された複数(例えば、4つ)のフローティング拡散領域120fに連結される。これにより、第1連結部分154aが第1ピクセル領域PX1及び第3ピクセル領域PX3のそれぞれに位置したフローティング拡散領域120fに容易に連結される。 For example, a first connecting portion 154a is provided in the central portion of the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3, which are adjacent in the second direction (the Y-axis direction in the drawing). A floating diffusion region 120f is located adjacent to the first connecting portion 154a in the first active region 114a of each of the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3. In this embodiment, since multiple (e.g., two) floating diffusion regions 120f are located in each pixel region PX, the first connecting portion 154a is connected to multiple (e.g., four) floating diffusion regions 120f provided in the first and third pixel regions PX1 and PX3. This allows the first connecting portion 154a to be easily connected to the floating diffusion regions 120f located in each of the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3.
その際、第1連結部分154aの一部が第1ピクセル領域PX1と第3ピクセル領域PX3との間に位置した第1分離部126aの一部の上に位置する。 In this case, a portion of the first connecting portion 154a is located on a portion of the first separating portion 126a located between the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3.
第2連結部分154bが第2ピクセル領域PX2及び第4ピクセル領域PX4にわたって形成され、第2ピクセル領域PX2及び第4ピクセル領域PX4に具備されたフローティング拡散領域120fに連結される。 The second connecting portion 154b is formed across the second pixel region PX2 and the fourth pixel region PX4 and is connected to the floating diffusion region 120f provided in the second pixel region PX2 and the fourth pixel region PX4.
例えば、第2方向(図面のY軸方向)で隣接した第2ピクセル領域PX2と第4ピクセル領域PX4の中央部分に第2連結部分154bが具備される。第2ピクセル領域PX2及び第4ピクセル領域PX4のそれぞれの第1活性領域114aで第2連結部分154bに隣接した部分にフローティング拡散領域120fが位置する。実施例においては、各ピクセル領域PXに複数(例えば、2つ)のフローティング拡散領域120fが位置するので、第2連結部分154bは、第2及び第4ピクセル領域PX2、PX4に具備された複数(例えば、4つ)のフローティング拡散領域120fに連結される。これにより、第2連結部分154bが第2ピクセル領域PX2及び第4ピクセル領域PX4のそれぞれに位置したフローティング拡散領域120fに容易に連結される。 For example, the second connecting portion 154b is provided in the central portion of the second pixel region PX2 and the fourth pixel region PX4, which are adjacent in the second direction (the Y-axis direction in the drawing). The floating diffusion region 120f is located adjacent to the second connecting portion 154b in the first active region 114a of each of the second pixel region PX2 and the fourth pixel region PX4. In this embodiment, since multiple (e.g., two) floating diffusion regions 120f are located in each pixel region PX, the second connecting portion 154b is connected to multiple (e.g., four) floating diffusion regions 120f provided in the second and fourth pixel regions PX2 and PX4. This allows the second connecting portion 154b to be easily connected to the floating diffusion regions 120f located in each of the second pixel region PX2 and the fourth pixel region PX4.
その際、第2連結部分154bの一部が第2ピクセル領域PX2と第4ピクセル領域PX4との間に位置した第2分離部126bの一部の上に位置する。 In this case, a portion of the second connecting portion 154b is located on a portion of the second separating portion 126b located between the second pixel region PX2 and the fourth pixel region PX4.
1つの単位ピクセルグループを構成する4つのピクセル領域PXにおいて、第1方向(図面のX軸方向)から見る時、第1連結部分154aと第2連結部分154bとの間に1つの第1連結パターン152が位置する。 In the four pixel regions PX that make up one unit pixel group, when viewed from the first direction (the X-axis direction in the drawing), one first connecting pattern 152 is located between the first connecting portion 154a and the second connecting portion 154b.
このように、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154が少なくとも2つのピクセル領域PXに共有される構造を有すると、連結パターン150の構造及び配線部170の構造を単純化することができる。例えば、第1コンタクトビア172の数を減らして第1コンタクトビア172の間隔を増加させることができる。これについては、後ほど図6を参照して第1コンタクトビア172を説明しながらより詳しく説明する。 In this manner, when the first connecting pattern 152 and/or the second connecting pattern 154 have a structure shared by at least two pixel regions PX, the structure of the connecting pattern 150 and the structure of the wiring part 170 can be simplified. For example, the number of first contact vias 172 can be reduced and the spacing between the first contact vias 172 can be increased. This will be described in more detail later while describing the first contact vias 172 with reference to FIG. 6.
実施例における連結パターン150は、基板110の第1面111に隣接した連結パターン150の第1面(例えば、表面)に隣接し、ドーパントを含むドープ領域DRを含み、連結パターン150の第1面とは反対になる連結パターン150の第2面(例えば、内部面)に隣接した、アンドープ領域URをさらに含む。 In this embodiment, the connection pattern 150 includes a doped region DR containing a dopant adjacent to a first surface (e.g., a front surface) of the connection pattern 150 adjacent to the first surface 111 of the substrate 110, and further includes an undoped region UR adjacent to a second surface (e.g., an internal surface) of the connection pattern 150 opposite the first surface of the connection pattern 150.
例えば、第1連結パターン152は、第1連結パターン152の第1面に隣接し、第1導電型ドーパントを含む第1ドープ領域DR1を含み、第1連結パターン152の第2面に隣接する第1アンドープ領域UR1または低濃度領域をさらに含む。第1ドープ領域DR1により電気的抵抗を低減し、第1アンドープ領域UR1により漏洩電流を低減し、所望しない信号発生などを防止することができる。 For example, the first connecting pattern 152 includes a first doped region DR1 containing a first conductive type dopant adjacent to a first surface of the first connecting pattern 152, and further includes a first undoped region UR1 or a low concentration region adjacent to a second surface of the first connecting pattern 152. The first doped region DR1 reduces electrical resistance, and the first undoped region UR1 reduces leakage current and prevents unwanted signal generation, etc.
一例として、第1ドープ領域DR1の深さは、第1アンドープ領域UR1の深さと同じかそれよりも小さい。その際、深さは、基板110の厚さ方向での深さを意味し、例えば、最大深さである。これにより、第1アンドープ領域UR1を十分に確保して漏洩電流を効果的に低減し、所望しない信号発生などを効果的に防止することができる。他の例として、第1ドープ領域DR1の深さが第1アンドープ領域UR1の深さよりも大きいことがある。これにより、電気的抵抗を効果的に低減することができる。または、第1連結パターン152の全深さに対する第1ドープ領域DR1の深さの割合が30%~70%(例えば、40%~60%)であるが、実施例は、これに限定されない。実施例により、第1アンドープ領域UR1が具備されないこともある。 As an example, the depth of the first doped region DR1 is equal to or smaller than the depth of the first undoped region UR1. Here, the depth refers to the depth in the thickness direction of the substrate 110, e.g., the maximum depth. This allows the first undoped region UR1 to be sufficiently secured, effectively reducing leakage current and effectively preventing unwanted signal generation. As another example, the depth of the first doped region DR1 may be greater than the depth of the first undoped region UR1. This allows effective reduction in electrical resistance. Alternatively, the ratio of the depth of the first doped region DR1 to the total depth of the first connecting pattern 152 is 30% to 70% (e.g., 40% to 60%), but embodiments are not limited thereto. Depending on the embodiment, the first undoped region UR1 may not be provided.
例えば、第2連結パターン154は、第2連結パターン154の第1面に隣接し、第2導電型ドーパントを含む第2ドープ領域DR2を含み、第2連結パターン154の第2面に隣接する第2アンドープ領域UR2をさらに含む。第2ドープ領域DR2により電気的抵抗を低減する。第2アンドープ領域UR2により漏洩電流を低減し、所望しない信号発生などを防止することができる。 For example, the second connecting pattern 154 includes a second doped region DR2 adjacent to a first surface of the second connecting pattern 154 and containing a second conductive type dopant, and further includes a second undoped region UR2 adjacent to a second surface of the second connecting pattern 154. The second doped region DR2 reduces electrical resistance. The second undoped region UR2 reduces leakage current and can prevent unwanted signal generation, etc.
一例として、第2ドープ領域DR2の深さが第2アンドープ領域UR2の深さと同じかそれよりも小さい。これにより、第2アンドープ領域UR2を十分に確保して漏洩電流を効果的に低減し、所望しない信号発生などを効果的に防止することができる。他の例として、第2ドープ領域DR2の深さが第2アンドープ領域UR2の深さよりも大きい。これにより、電気的抵抗を効果的に低減することができる。または、第2連結パターン154の全深さに対する第2ドープ領域DR2の深さの割合が30%~70%(例えば、40%~60%)であるが、実施例は、これに限定されない。実施例により、第2アンドープ領域UR2が具備されないこともある。 As one example, the depth of the second doped region DR2 is the same as or smaller than the depth of the second undoped region UR2. This ensures sufficient second undoped region UR2, effectively reducing leakage current and effectively preventing unwanted signal generation. As another example, the depth of the second doped region DR2 is greater than the depth of the second undoped region UR2. This effectively reduces electrical resistance. Alternatively, the ratio of the depth of the second doped region DR2 to the total depth of the second connection pattern 154 is 30% to 70% (e.g., 40% to 60%), but embodiments are not limited thereto. Depending on the embodiment, the second undoped region UR2 may not be provided.
実施例における第1ゲート電極142g、第2ゲート電極144g、及び/または連結パターン150(例えば、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154)は、基板110の内部に埋め込まれた埋め込み構造を有する埋め込みパターン132に相当する。即ち、複数の埋め込みパターン132は、第1ゲート電極142g、第2ゲート電極144g、及び/または連結パターン150(例えば、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154)を含む。例えば、第1トランジスタ142、第2トランジスタ144、第3トランジスタ146、第4トランジスタ148、リセットトランジスタ146a、選択トランジスタ146b、及び/またはソースフォロワトランジスタ148aを埋め込み型トランジスタと称し、第1ゲート電極142g及び/または第2ゲート電極144gを埋め込み型ゲート電極と称し、連結パターン150を埋め込み型連結パターン、埋め込み型ローカルインターコネクタ(local interconnector)と称する。 In the embodiment, the first gate electrode 142g, the second gate electrode 144g, and/or the connecting pattern 150 (e.g., the first connecting pattern 152 and/or the second connecting pattern 154) correspond to the buried pattern 132 having a buried structure buried inside the substrate 110. That is, the plurality of buried patterns 132 include the first gate electrode 142g, the second gate electrode 144g, and/or the connecting pattern 150 (e.g., the first connecting pattern 152 and/or the second connecting pattern 154). For example, the first transistor 142, the second transistor 144, the third transistor 146, the fourth transistor 148, the reset transistor 146a, the selection transistor 146b, and/or the source follower transistor 148a are referred to as buried transistors, the first gate electrode 142g and/or the second gate electrode 144g are referred to as buried gate electrodes, and the connection pattern 150 is referred to as a buried connection pattern or a buried local interconnector.
ここで、基板110の内部に埋め込まれる埋め込み構造を有するとは、基板110の第1面111と第2面112との間に位置する部分、及び/または基板110の第1面111と同一平面上に位置した部分のみを具備し、基板110の第1面111より外部に位置した部分または基板110の第1面111より配線部170に向かって突出した部分を具備しないことを意味する。 Here, having an embedded structure embedded inside the substrate 110 means that it only has a portion located between the first surface 111 and the second surface 112 of the substrate 110 and/or a portion located on the same plane as the first surface 111 of the substrate 110, and does not have a portion located outside the first surface 111 of the substrate 110 or a portion protruding from the first surface 111 of the substrate 110 toward the wiring portion 170.
実施例においては、複数のトランジスタ140が埋め込み構造を有するために容易な工程により形成することができる。例えば、比較例によるトランジスタに含まれるキャッピング層、スペーサなどを別途に形成しなくてもよい。そして、複数の埋め込みパターン132は、基板110の第1面111の上に位置する部分を含まないので、第1層間絶縁層172iの厚さを減らすことができる。即ち、基板の第1面の上に複数のトランジスタ及び/または連結パターンの少なくとも一部が位置する比較例では、複数のトランジスタと第1配線層を絶縁するため、第1層間絶縁層が相対的に大きい厚さを有するべきである。一方、実施例においては、基板110の第1面111の上に複数のトランジスタ140及び/または連結パターン150が位置しないので、基板110の第1面111の上に位置した第1層間絶縁層172iの厚さを低減することができる。これにより、第1コンタクトビア172の深さを低減して第1コンタクトビア172による電気的抵抗を低減することができる。 In the embodiment, the plurality of transistors 140 have a buried structure, which allows for easy formation of the transistors through a simple process. For example, it is not necessary to separately form a capping layer, spacers, etc., which are included in the transistors according to the comparative example. Furthermore, because the plurality of buried patterns 132 do not include a portion located on the first surface 111 of the substrate 110, the thickness of the first interlayer insulating layer 172i can be reduced. That is, in the comparative example in which at least a portion of the plurality of transistors and/or connecting patterns are located on the first surface 111 of the substrate, the first interlayer insulating layer must have a relatively large thickness to insulate the plurality of transistors from the first wiring layer. In contrast, in the embodiment, the plurality of transistors 140 and/or connecting patterns 150 are not located on the first surface 111 of the substrate 110, so the thickness of the first interlayer insulating layer 172i located on the first surface 111 of the substrate 110 can be reduced. This reduces the depth of the first contact via 172, thereby reducing the electrical resistance due to the first contact via 172.
実施例における埋め込み構造を有する複数の埋め込みパターン132は、同一の工程により形成される。ここで、複数の埋め込みパターン132が同一の工程により形成されるとは、基板110に形成された複数のリセス部の内部を満たす部分及び表面絶縁層110bの上に位置する部分を含む埋め込み層(図12または図23の参照符号132p、以下同じ)で、表面絶縁層110bの上に位置する部分を除去する除去工程を行い、複数の埋め込みパターン132が形成されることを意味する。例えば、複数の埋め込みパターン132が同一の除去工程、例えば、同一の化学機械研磨(chemical mechanical polishing、CMP)工程により最終的な埋め込み構造を有すると、同一の工程により形成されたと判断される。一例として、複数の埋め込みパターン132は、基板110の第1面111側で行われた1回の化学機械研磨工程により最終的な埋め込み構造を有する。 In the embodiment, the multiple buried patterns 132 having a buried structure are formed by the same process. Here, "multiple buried patterns 132 formed by the same process" means that the multiple buried patterns 132 are formed by performing a removal process to remove the portion of the buried layer (reference numeral 132p in FIG. 12 or FIG. 23, the same applies below) that is located above the surface insulating layer 110b and that fills the interiors of the multiple recesses formed in the substrate 110 and includes a portion located above the surface insulating layer 110b. For example, if the multiple buried patterns 132 have a final buried structure formed by the same removal process, such as the same chemical mechanical polishing (CMP) process, they are considered to have been formed by the same process. As an example, the multiple buried patterns 132 have a final buried structure formed by a single chemical mechanical polishing process performed on the first surface 111 side of the substrate 110.
実施例における複数の埋め込みパターン132は、同一のベース物質を含む。ここで、ベース物質は、最も多い量で含まれる物質を意味する。即ち、同一のベース物質を含むとは、同一の物質を含む場合、同一の物質を含むが組成に多少差がある場合、及びドーピングの有無、導電型、ドーピング濃度、ドーパント物質などに差がある場合を含む。例えば、複数の埋め込みパターン132が同一の半導体物質を含み、ドーピングの有無、導電型、ドーピング濃度、ドーパント物質などに差がある場合、複数の埋め込みパターン132は同一のベース物質を含むと判断される。 In the embodiment, the multiple buried patterns 132 contain the same base material. Here, base material refers to the material that is contained in the largest amount. In other words, containing the same base material includes cases where the same material is contained, cases where the same material is contained but with slight differences in composition, and cases where there are differences in doping, conductivity type, doping concentration, dopant material, etc. For example, if the multiple buried patterns 132 contain the same semiconductor material but with differences in doping, conductivity type, doping concentration, dopant material, etc., the multiple buried patterns 132 are determined to contain the same base material.
一実施例における複数の埋め込みパターン132、例えば、第1ゲート電極142g、第2ゲート電極144g、第1連結パターン152、及び/または第2連結パターン154は、互いに同一のベース物質(例えば、互いに同一の半導体物質)を含む。例えば、複数の埋め込みパターン132、例えば、第1ゲート電極142g、第2ゲート電極144g、第1連結パターン152、及び/または第2連結パターン154は、多結晶半導体(一例として、多結晶シリコン)を含む。複数の埋め込みパターン132は、埋め込み型半導体パターン(buried semiconductor pattern)と称する。 In one embodiment, the plurality of buried patterns 132, e.g., the first gate electrode 142g, the second gate electrode 144g, the first connecting pattern 152, and/or the second connecting pattern 154, include the same base material (e.g., the same semiconductor material). For example, the plurality of buried patterns 132, e.g., the first gate electrode 142g, the second gate electrode 144g, the first connecting pattern 152, and/or the second connecting pattern 154, include a polycrystalline semiconductor (e.g., polycrystalline silicon). The plurality of buried patterns 132 are referred to as buried semiconductor patterns.
このように、複数の埋め込みパターン132が半導体物質を含むと、容易に形成することができ、ドーピングの有無及び/またはドーピング濃度により、所望の導電型及び/または電気伝導率を有するように形成することができる。ただし、実施例は、これに限定されず、複数の埋め込みパターン132が半導体物質以外の物質をベース物質として含むこともできる。 In this way, if the plurality of buried patterns 132 includes a semiconductor material, they can be easily formed and can be formed to have a desired conductivity type and/or electrical conductivity depending on the presence or absence of doping and/or the doping concentration. However, embodiments are not limited to this, and the plurality of buried patterns 132 may also include a material other than a semiconductor material as a base material.
実施例において、基板110の第1面111側に位置した複数の埋め込みパターン132の複数の第1面(例えば、複数の表面)は、基板110の第1面111と基板110の第2面112との間に位置した部分を含むように凹形状を有する凹部S1、S2、S3、S4を具備する。例えば、第1ゲート電極142gの表面が第1凹部S1を有し、第2ゲート電極144gの表面が第2凹部S2を有し、第1連結パターン152が第3凹部S3を有し、及び/または第2連結パターン154が第4凹部S4を有する。ここで、凹部S1、S2、S3、S4は、化学機械研磨工程におけるディッシング(dishing)現象により形成された部分である。 In this embodiment, the first surfaces (e.g., the surfaces) of the buried patterns 132 located on the first surface 111 side of the substrate 110 have recesses S1, S2, S3, and S4 having a concave shape to include portions located between the first surface 111 of the substrate 110 and the second surface 112 of the substrate 110. For example, the surface of the first gate electrode 142g has a first recess S1, the surface of the second gate electrode 144g has a second recess S2, the first connecting pattern 152 has a third recess S3, and/or the second connecting pattern 154 has a fourth recess S4. Here, the recesses S1, S2, S3, and S4 are portions formed by the dishing phenomenon during the chemical mechanical polishing process.
実施例における基板110の第1面111側に位置した複数の埋め込みパターン132の複数の第1面(例えば、複数の表面)は、互いに同一の表面特性を有する。例えば、第1ゲート電極142gの表面、第2ゲート電極144gの表面、第1連結パターン152の表面、及び/または第2連結パターン154の表面は、互いに同一の表面特性を有する。ここで、互いに同一の表面特性を有するとは、同一の工程、例えば、化学機械研磨工程により形成されたと判断できる特性を有するとか、同一または類似の痕跡(例えば、研磨痕跡)を有するとか、誤差範囲内(例えば、10%以内)の表面粗さを有することなどを意味する。 In the embodiment, the multiple first surfaces (e.g., multiple surfaces) of the multiple embedded patterns 132 located on the first surface 111 side of the substrate 110 have the same surface characteristics. For example, the surface of the first gate electrode 142g, the surface of the second gate electrode 144g, the surface of the first connecting pattern 152, and/or the surface of the second connecting pattern 154 have the same surface characteristics. Here, having the same surface characteristics means having characteristics that can be determined to have been formed by the same process, such as a chemical mechanical polishing process, having the same or similar traces (e.g., polishing traces), or having a surface roughness within an error range (e.g., within 10%).
実施例における複数の埋め込みパターン132の複数の角部は、ラウンドされた部分RPを有する。即ち、複数の埋め込みパターン132と基板110との間の界面トポロジ(surface topology)が互いに同一である。例えば、第1ゲート電極142gの角部、第2ゲート電極144gの角部、第1連結パターン152の角部、及び/または第2連結パターン154の角部は、同一または類似の形態のラウンドされた部分RPを含む。ここで、角部とは、基板110に隣接した埋め込みパターン132の側面で基板110の第1面111側に位置した部分を意味する。これは、基板110に形成される複数のリセス部を同一または類似のエッチング工程で形成し、同一の除去工程により埋め込み層132pの一部を除去して複数の埋め込みパターン132を形成したためである。 In this embodiment, the corners of the buried patterns 132 have rounded portions RP. That is, the interface topology between the buried patterns 132 and the substrate 110 is the same. For example, the corners of the first gate electrode 142g, the second gate electrode 144g, the first connecting pattern 152, and/or the second connecting pattern 154 include the same or similar rounded portions RP. Here, the "corner" refers to the portion of the side of the buried pattern 132 adjacent to the substrate 110 that is located on the first surface 111 of the substrate 110. This is because the recesses formed in the substrate 110 are formed using the same or similar etching process, and the buried layer 132p is partially removed using the same removal process to form the buried patterns 132.
実施例では、複数の埋め込みパターン132において、ゲート絶縁層の有無または厚さが互いに異なってもよい。互いに異なる動作または役割を果たす複数の埋め込みパターン132が互いに同一の埋め込み構造を有する場合にも、複数の埋め込みパターン132の特性を考慮して、ゲート絶縁層の有無または厚さを互いに異なるようにすることができる。例えば、第1トランジスタ142または第3トランジスタ146に含まれる第1ゲート絶縁層140aの厚さが、第4トランジスタ148に含まれる第2ゲート絶縁層140bの厚さよりも大きく、連結パターン150は、オーミックコンタクト(ohmic contact)のためにゲート絶縁層を具備しない。これにより、複数の埋め込みパターン132は、ゲート絶縁層の有無または厚さに差がある3つ以上の構造を有する。その製造方法については、後ほどイメージセンサ10の製造方法でより詳しく説明する。 In an embodiment, the plurality of buried patterns 132 may differ in the presence or thickness of a gate insulating layer. Even if the plurality of buried patterns 132 performing different functions or roles have the same buried structure, the presence or thickness of the gate insulating layer may differ depending on the characteristics of the plurality of buried patterns 132. For example, the thickness of the first gate insulating layer 140a included in the first transistor 142 or the third transistor 146 may be greater than the thickness of the second gate insulating layer 140b included in the fourth transistor 148, and the connecting pattern 150 does not include a gate insulating layer due to an ohmic contact. As a result, the plurality of buried patterns 132 may have three or more structures that differ in the presence or thickness of a gate insulating layer. The manufacturing method thereof will be described in more detail later in the manufacturing method of the image sensor 10.
上述したピクセル回路130は、一例として提示したものであり、実施例は、これに限定されるものではない。従って、ピクセル回路130は、様々な構造または配置を有することができる。 The pixel circuit 130 described above is provided as an example, and embodiments are not limited thereto. Thus, the pixel circuit 130 may have various structures or arrangements.
実施例においては、連結パターン150により第1コンタクトビア172の数を低減し、第1コンタクトビア172の間隔を増加させることができる。これを図2及び図3と共に図6を参照して詳しく説明する。 In this embodiment, the interconnect pattern 150 can reduce the number of first contact vias 172 and increase the spacing between the first contact vias 172. This will be described in more detail with reference to Figures 2 and 3 as well as Figure 6.
図6は、図2に示すイメージセンサ10の光電変換基板100の一部を概略的に示す平面図である。図6においては、図3に対応する部分に、連結パターン150と電気的に連結される第1コンタクトビア172及び第1配線層174の一部を追加的に示している。明確な理解及び簡略な図示のため、図6においては、第2導電型ウェル120aの図示を省略し、連結パターン150以外の部分(例えば、複数のトランジスタ140)に電気的に連結される第1コンタクトビア172及び第1配線層174に対する図示を省略した。 Figure 6 is a plan view schematically illustrating a portion of the photoelectric conversion substrate 100 of the image sensor 10 shown in Figure 2. Figure 6 additionally illustrates the portion corresponding to Figure 3, with the first contact via 172 and a portion of the first wiring layer 174 electrically connected to the connection pattern 150. For clearer understanding and simplified illustration, Figure 6 omits the illustration of the second conductivity type well 120a, and omits the illustration of the first contact via 172 and the first wiring layer 174 electrically connected to portions other than the connection pattern 150 (e.g., multiple transistors 140).
図2、図3及び図6を参照すれば、実施例における第1コンタクトビア172は、連結パターン150に連結される連結パターン用コンタクトビアを含む。例えば、連結パターン用コンタクトビアは、第1連結パターン152に連結される第1ビア172a(例えば、接地用コンタクトビア)と、第2連結パターン154に連結される第2ビア172b(例えば、フローティング拡散用コンタクトビア)を含む。第1配線層174は、第1ビア172aに電気的に連結される第1配線部分174aと、第2ビア172bに電気的に連結される第2配線部分174bを含む。 Referring to Figures 2, 3, and 6, the first contact via 172 in the embodiment includes a contact via for the connect pattern connected to the connect pattern 150. For example, the contact via for the connect pattern includes a first via 172a (e.g., a ground contact via) connected to the first connect pattern 152 and a second via 172b (e.g., a floating diffusion contact via) connected to the second connect pattern 154. The first wiring layer 174 includes a first wiring portion 174a electrically connected to the first via 172a and a second wiring portion 174b electrically connected to the second via 172b.
実施例においては、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154が少なくとも2つのピクセル領域PXにわたって形成されるので、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154に連結される第1ビア172a及び/または第2ビア172bの数を減らすことができる。 In this embodiment, the first connecting pattern 152 and/or the second connecting pattern 154 are formed across at least two pixel regions PX, thereby reducing the number of first vias 172a and/or second vias 172b connected to the first connecting pattern 152 and/or the second connecting pattern 154.
例えば、1つの単位ピクセルグループを構成する4つのピクセル領域PXに、第2連結パターン154の第1連結部分154a及び第2連結部分154bにそれぞれ連結される2つの第2ビア172bと、1つの第1連結パターン152に連結される1つの第1ビア172aが具備される。参考として、1つのピクセル領域に2つのフローティング拡散領域及び1つの接地領域が具備され、それぞれの接地領域に第1ビアが連結され、それぞれのフローティング拡散領域に第2ビアが連結される比較例においては、1つの単位グループを構成する4つのピクセル領域で第1ビアが4個具備され、第2ビアが8つ具備される。 For example, four pixel regions PX constituting one unit pixel group are provided with two second vias 172b respectively connected to the first connecting portion 154a and the second connecting portion 154b of the second connecting pattern 154, and one first via 172a connected to one first connecting pattern 152. For reference, in a comparative example in which one pixel region is provided with two floating diffusion regions and one ground region, and a first via is connected to each ground region and a second via is connected to each floating diffusion region, four first vias and eight second vias are provided in four pixel regions constituting one unit group.
これにより、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154に連結される第1ビア172a及び/または第2ビア172bの数(即ち、第1コンタクトビア172の数)を減らすことができる。したがって、ピクセルの微細化に適切に対応することができ、第1コンタクトビア172の間隔低減により発生し得る問題を効果的に防止することができる。そして、第1ビア172aと第2ビア172bとの間の間隔(即ち、第1コンタクトビア172の間隔)を増加させて、第1コンタクトビア172に連結される第1配線層174の面積を減らすことができる。これにより、フローティング拡散領域120fと第1配線層174との間の寄生容量(parasitic capacitance)を低減することができ、複数の第1コンタクトビア172に連結される第1配線層174の複数の部分の間の間隔を増加させ、複数の第1コンタクトビア172の間または複数の第1配線層174の間の寄生容量を低減することができる。 This reduces the number of first vias 172a and/or second vias 172b (i.e., the number of first contact vias 172) connected to the first connecting pattern 152 and/or the second connecting pattern 154. This allows for appropriate response to pixel miniaturization and effectively prevents problems that may arise from reducing the spacing between the first contact vias 172. Furthermore, by increasing the spacing between the first vias 172a and the second vias 172b (i.e., the spacing between the first contact vias 172), the area of the first wiring layer 174 connected to the first contact vias 172 can be reduced. This reduces the parasitic capacitance between the floating diffusion region 120f and the first wiring layer 174. Furthermore, by increasing the spacing between portions of the first wiring layer 174 connected to the first contact vias 172, the parasitic capacitance between the first contact vias 172 or between the first wiring layer 174 can be reduced.
平面から見る時、第1ビア172aが第1連結パターン152の中央部分に位置する。例えば、平面から見る時、第1ピクセル領域PX1、第2ピクセル領域PX2、第3ピクセル領域PX3、及び第4ピクセル領域PX4が、互いに隣接する1つの単位ピクセルグループの中央部分に、1つの第1ビア172aが具備される。その際、平面から見る時、第1ビア172aは、第1ピクセル領域PX1、第2ピクセル領域PX2、第3ピクセル領域PX3、及び第4ピクセル領域PX4が、隣接する第1分離部126aと第2分離部126bとの交差部分に重なるように位置する。 When viewed from a plane, the first via 172a is located in the center of the first connecting pattern 152. For example, when viewed from a plane, one first via 172a is provided in the center of one unit pixel group where the first pixel region PX1, the second pixel region PX2, the third pixel region PX3, and the fourth pixel region PX4 are adjacent to one another. In this case, when viewed from a plane, the first via 172a is located so that it overlaps the intersection of the first isolation portion 126a and the second isolation portion 126b where the first pixel region PX1, the second pixel region PX2, the third pixel region PX3, and the fourth pixel region PX4 are adjacent to one another.
このように第1ビア172aが第1連結パターン152または1つの単位ピクセルグループの中央部分に位置すれば、電気的移動経路を効果的に低減することができる。 In this way, if the first via 172a is located in the center of the first connecting pattern 152 or one unit pixel group, the electrical transfer path can be effectively reduced.
平面から見る時、第2ビア172bは、第2連結パターン154の中央部分に位置する。即ち、第1ピクセル領域PX1と第3ピクセル領域PX3で第2ビア172bが第1連結部分154aの中央部分に位置し、第2ピクセル領域PX2と第4ピクセル領域PX4で第2ビア172aが第2連結部分154bの中央部分に位置する。その際、平面から見る時、1つの第2ビア172bが第1ピクセル領域PX1と第3ピクセル領域PX3との間に位置した第1分離部126aの一部(例えば、中央部分)に重なるように位置し、他の1つの第2ビア172bが第2ピクセル領域PX2と第4ピクセル領域PX4との間に位置した第1分離部126aの一部(例えば、中央部分)に重なるように位置する。 When viewed from a plane, the second vias 172b are located in the central portion of the second connecting pattern 154. That is, the second vias 172b are located in the central portion of the first connecting portion 154a in the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3, and the second vias 172a are located in the central portion of the second connecting portion 154b in the second pixel region PX2 and the fourth pixel region PX4. In this case, when viewed from a plane, one second via 172b is located to overlap a portion (e.g., the central portion) of the first isolation portion 126a located between the first pixel region PX1 and the third pixel region PX3, and the other second via 172b is located to overlap a portion (e.g., the central portion) of the first isolation portion 126a located between the second pixel region PX2 and the fourth pixel region PX4.
このように第2ビア172bが第2連結パターン154または第2方向(図面のY軸方向)に隣接した2つのピクセル領域PXの中央部分に位置すれば、電気的移動経路を効果的に低減することができる。 In this way, if the second via 172b is located in the second connection pattern 154 or in the center of two pixel regions PX adjacent in the second direction (the Y-axis direction in the drawing), the electrical transfer path can be effectively reduced.
図6においては、第1ビア172aに電気的に連結される第1配線部分174aが、第2分離部126bの上で第2方向(図面のY軸方向)に延び、第2ビア172aに電気的に連結される第2配線部分174bが、第1分離部126aの上で第1方向(図面のX軸方向)に延びることを例示した。第1及び/または第2配線部分174a、174bが分離部126の上に位置して寄生容量を低減することができる。 In FIG. 6, the first wiring portion 174a electrically connected to the first via 172a extends in the second direction (the Y-axis direction in the drawing) above the second isolation portion 126b, and the second wiring portion 174b electrically connected to the second via 172a extends in the first direction (the X-axis direction in the drawing) above the first isolation portion 126a. The first and/or second wiring portions 174a, 174b are located above the isolation portion 126, thereby reducing parasitic capacitance.
ただし、実施例は、これに限定されず、第1ビア172a及び/または第2ビア172b、第1配線部分174a及び/または第2配線部分174bの平面上の位置、配置などは、様々に変更され得る。 However, the embodiment is not limited to this, and the planar positions and arrangements of the first via 172a and/or the second via 172b, the first wiring portion 174a and/or the second wiring portion 174b, etc. may be modified in various ways.
実施例においては、第1トランジスタ142、第2トランジスタ144、連結パターン150、そして、これらに連結される第1コンタクトビア172を含むフロントエンドオブライン(front end of line、FEOL)を基板110に形成する。即ち、光電変換基板100にイメージセンサ10の動作のための素子が全て含まれる。例えば、イメージセンサ10は、光電変換基板100、そして、追加配線部分200を含む2層積層構造を有する。 In this embodiment, a front end of line (FEOL) including the first transistor 142, the second transistor 144, the connecting pattern 150, and the first contact via 172 connected thereto is formed on the substrate 110. That is, the photoelectric conversion substrate 100 includes all of the elements required for the operation of the image sensor 10. For example, the image sensor 10 has a two-layer stacked structure including the photoelectric conversion substrate 100 and the additional wiring portion 200.
これにより、基板110に複数のトランジスタ140を形成して、複数のトランジスタ140の少なくとも一部を形成するための別途の基板(例えば、基板110の上に位置した配線部170と追加配線部分200との間に位置する中間基板)は要求されない。これにより、工程数を低減し、製造コストを低減することができる。参考として、基板に第1トランジスタを形成し、基板の上に位置した配線部と追加配線部分との間に第2トランジスタが形成された別途の基板(例えば、中間基板)が位置する比較例によれば、工程が複雑で製造コストが高くなる。 As a result, multiple transistors 140 are formed on the substrate 110, and a separate substrate (e.g., an intermediate substrate located between the wiring portion 170 located on the substrate 110 and the additional wiring portion 200) for forming at least a portion of the multiple transistors 140 is not required. This reduces the number of processes and reduces manufacturing costs. For reference, a comparative example in which a first transistor is formed on a substrate and a separate substrate (e.g., an intermediate substrate) on which a second transistor is formed is located between the wiring portion located on the substrate and the additional wiring portion results in complex processes and high manufacturing costs.
上述の説明においては、イメージセンサ10が2層積層構造を有することを例示したが、実施例は、これに限定されるものではない。他の例として、基板110の上に位置する配線部170が追加配線部分200に含まれる部材を含み、イメージセンサ10が1つの部分で構成されてもよい。また、他の例として、イメージセンサ10が3層以上の積層構造を有することもできる。その際、基板110の上に位置する配線部170と追加配線部分200との間に位置する基板に、ディーラム(DRAM)、シャッター(shutter)(例えば、グローバルシャッター(global shutter)、ローリングシャッター(rolling shutter))などのための追加素子などを実装することもできる。この場合も、基板110の上に形成された配線部170が複数のトランジスタ140(例えば、第1トランジスタ142及び第2トランジスタ144)を一緒に含む。 While the above description illustrates an example in which the image sensor 10 has a two-layer stacked structure, the embodiment is not limited thereto. As another example, the wiring portion 170 located on the substrate 110 may include components included in the additional wiring portion 200, and the image sensor 10 may be configured as a single part. As another example, the image sensor 10 may have a stacked structure of three or more layers. In this case, additional elements such as DRAM, a shutter (e.g., a global shutter, a rolling shutter), etc. may be mounted on the substrate located between the wiring portion 170 located on the substrate 110 and the additional wiring portion 200. In this case, the wiring portion 170 formed on the substrate 110 also includes multiple transistors 140 (e.g., a first transistor 142 and a second transistor 144).
実施例によれば、互いに異なる構造を有する第1トランジスタ142、第2トランジスタ144、及び/または連結パターン150が、基板110に共に具備されて工程数を減らし、製造コストを節減することができる。その際、第1トランジスタ142、第2トランジスタ144、及び/または連結パターン150が埋め込み構造を有し、ピクセル回路130を容易な工程で形成することができ、第1コンタクトビア172の深さを低減して電気的抵抗を低減することができる。そして、連結パターン150を複数のピクセル領域PXで共有するように形成し、第1コンタクトビア172の数及び第1配線層174の面積を低減し、第1コンタクトビア172の間隔を増加させて寄生容量を低減することができる。寄生容量を低減して変換利益(conversion gain)を改善することができる。これにより、イメージセンサ10の効率及び生産性を向上させることができる。 According to this embodiment, the first transistor 142, the second transistor 144, and/or the connecting pattern 150, which have different structures, are provided together on the substrate 110, thereby reducing the number of processes and lowering manufacturing costs. In this case, the first transistor 142, the second transistor 144, and/or the connecting pattern 150 have an embedded structure, which allows the pixel circuit 130 to be formed through a simple process and reduces the depth of the first contact via 172, thereby reducing electrical resistance. Furthermore, the connecting pattern 150 is formed to be shared by multiple pixel regions PX, which reduces the number of first contact vias 172 and the area of the first wiring layer 174, and increases the spacing between the first contact vias 172, thereby reducing parasitic capacitance. Reducing parasitic capacitance improves conversion gain. This improves the efficiency and productivity of the image sensor 10.
上述したイメージセンサ10の製造方法について、図7~図24を参照して詳しく説明する。既に説明した部分と同一であるか、極めて類似の部分については詳細な説明を省略し、他の部分についてのみ詳細に説明する。 The manufacturing method of the image sensor 10 described above will be described in detail with reference to Figures 7 to 24. Detailed descriptions of parts that are identical to or very similar to parts already described will be omitted, and only other parts will be described in detail.
図7~図18は、一実施例によるイメージセンサ10の製造方法を示す断面図である。図7~図18においては、図2に対応する部分を示す。 Figures 7 to 18 are cross-sectional views showing a method for manufacturing an image sensor 10 according to one embodiment. Figures 7 to 18 show portions corresponding to Figure 2.
図7に示すように、基板110に素子分離部124、分離部126、光電変換部120、及び第1リセス部R1を形成する。基板110は、半導体基板110a及び表面絶縁層110bを含み、第1面111と予備面112pを有する。 As shown in FIG. 7, an element isolation portion 124, an isolation portion 126, a photoelectric conversion portion 120, and a first recess portion R1 are formed in the substrate 110. The substrate 110 includes a semiconductor substrate 110a and a surface insulating layer 110b, and has a first surface 111 and a spare surface 112p.
例えば、半導体基板110aに素子分離部124及び分離部126を形成する。 For example, an element isolation portion 124 and an isolation portion 126 are formed in the semiconductor substrate 110a.
基板110の第1面111側に隣接した半導体基板110aの第1面の上に、素子分離部124に対応する領域を露出させる開口部を有するマスクパターンを形成し、マスクパターンの開口部を介して露出した基板110の一部をエッチングして浅いトレンチを形成し、浅いトレンチの少なくとも一部を絶縁層で充填して半導体基板110aの第1面側に素子分離部124を形成する。そして、半導体基板110aの第1面の上の分離部126に対応する領域を露出させる開口部を有するマスクパターンを形成し、マスクパターンの開口部を介して露出した基板110の一部をエッチングして深いトレンチを形成し、深いトレンチの少なくとも一部を絶縁層及び/または導電層で充填して半導体基板110aの第1面側に分離部126を形成する。実施例により、深いトレンチを形成する工程と分離部126を形成する工程との間に、深いトレンチ周辺にドーパントをドーピングして、分離部126の周辺に位置する側壁ドーピング領域をさらに形成することもできる。 A mask pattern having an opening exposing a region corresponding to the isolation portion 124 is formed on the first surface of the semiconductor substrate 110a adjacent to the first surface 111 of the substrate 110. A shallow trench is formed by etching a portion of the substrate 110 exposed through the opening in the mask pattern. At least a portion of the shallow trench is filled with an insulating layer to form the isolation portion 124 on the first surface of the semiconductor substrate 110a. A mask pattern having an opening exposing a region corresponding to the isolation portion 126 on the first surface of the semiconductor substrate 110a is then formed. A deep trench is formed by etching a portion of the substrate 110 exposed through the opening in the mask pattern. At least a portion of the deep trench is filled with an insulating layer and/or a conductive layer to form the isolation portion 126 on the first surface of the semiconductor substrate 110a. Depending on the embodiment, between the process of forming the deep trench and the process of forming the isolation portion 126, a sidewall doped region located around the isolation portion 126 may be further formed by doping a dopant around the deep trench.
実施例における素子分離部124及び/または分離部126は、様々な工程により形成され、素子分離部124及び/または分離部126は様々な物質を含み得る。 In the embodiments, the element isolation region 124 and/or the isolation region 126 may be formed by various processes, and the element isolation region 124 and/or the isolation region 126 may include various materials.
例えば、ドーピング工程において、半導体基板110aの一部領域にドーパントをドーピングして第1導電型ウェル120b、第2導電型ウェル120a、及び/またはフローティング拡散領域120fを形成する。ドーピング工程は、様々な工程(例えば、イオンインプラントなど)により実行する。実施例により、ドーピング工程で第1導電型ウェル120b及び/またはフローティング拡散領域120fを形成しないこともあり、第1導電型ウェル120b及び/またはフローティング拡散領域120fを後続工程で形成することもできる。そして、ドーピング工程が接地領域(図16の参照符号120g、以下同じ)などを形成する工程を含むことができる。その他の様々な変更が可能である。 For example, in a doping process, dopants are doped into a portion of the semiconductor substrate 110a to form a first conductivity type well 120b, a second conductivity type well 120a, and/or a floating diffusion region 120f. The doping process can be performed using various processes (e.g., ion implantation, etc.). Depending on the embodiment, the first conductivity type well 120b and/or the floating diffusion region 120f may not be formed in the doping process, or the first conductivity type well 120b and/or the floating diffusion region 120f may be formed in a subsequent process. The doping process may also include a process of forming a ground region (reference numeral 120g in FIG. 16, the same applies below). Various other modifications are possible.
例えば、半導体基板110aの第1面の上に表面絶縁層110bを形成する。表面絶縁層110bは、様々な工程(例えば、蒸着工程)により形成することができる。 For example, a surface insulating layer 110b is formed on the first surface of the semiconductor substrate 110a. The surface insulating layer 110b can be formed by various processes (e.g., a vapor deposition process).
例えば、基板110の第1面111側からエッチング工程を行って第1リセス部R1を形成する。第1リセス部R1は、第1トランジスタ(図13の参照符号142、以下同じ)を形成するためのリセス部である。 For example, an etching process is performed from the first surface 111 side of the substrate 110 to form the first recess portion R1. The first recess portion R1 is a recess portion for forming the first transistor (reference numeral 142 in FIG. 13; the same applies below).
より具体的には、基板110の第1面111の上に、第1開口部を有する第1マスク層を形成する。第1マスク層の第1開口部は、第1トランジスタ142が形成される基板110の部分を露出させる。第1マスク層を用いて基板110の第1面111側から基板110の一部を除去して第1リセス部R1を形成する。第1リセス部R1を形成した後、第1マスク層を除去する。 More specifically, a first mask layer having a first opening is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The first opening in the first mask layer exposes a portion of the substrate 110 where the first transistor 142 is to be formed. The first mask layer is used to remove a portion of the substrate 110 from the first surface 111 side of the substrate 110 to form a first recess portion R1. After the first recess portion R1 is formed, the first mask layer is removed.
第1マスク層は、様々な物質(例えば、感光性物質)を含む。第1マスク層に第1開口部を形成するパターニング工程は、様々な工程(例えば、フォトリソグラフィ)により行われる。第1マスク層の第1開口部を介して基板110の一部を除去する工程は、エッチング工程(例えば、乾式エッチング)により行われる。第1リセス部R1を形成するエッチング工程では、基板110をエッチングすることができるエッチング物質を用いる。第1マスク層を除去する工程は、様々なエッチング工程(例えば、乾式エッチング及び/または湿式エッチング)により行われる。 The first mask layer may include various materials (e.g., photosensitive materials). The patterning process for forming the first opening in the first mask layer may be performed by various processes (e.g., photolithography). The process for removing a portion of the substrate 110 through the first opening in the first mask layer may be performed by an etching process (e.g., dry etching). The etching process for forming the first recess portion R1 uses an etching material capable of etching the substrate 110. The process for removing the first mask layer may be performed by various etching processes (e.g., dry etching and/or wet etching).
実施例における素子分離部124、分離部126、第1導電型ウェル120b、第2導電型ウェル120a、フローティング拡散領域120f、表面絶縁層110b、及び/または第1リセス部R1の形成順序は、様々に変更され得る。例えば、第1マスク層を形成する工程、第1リセス部R1を形成する工程、及び第1マスク層を除去する工程のうちの少なくとも1つが、第1導電型ウェル120b、第2導電型ウェル120a、及び/またはフローティング拡散領域120fを形成するドーピング工程以前に行われたり、第1導電型ウェル120b、第2導電型ウェル120a、及び/またはフローティング拡散領域120fを形成するドーピング工程以降に行うことができる。 In the embodiments, the order of forming the element isolation portion 124, isolation portion 126, first conductivity type well 120b, second conductivity type well 120a, floating diffusion region 120f, surface insulating layer 110b, and/or first recess portion R1 may be varied in various ways. For example, at least one of the steps of forming the first mask layer, forming the first recess portion R1, and removing the first mask layer may be performed before the doping step of forming the first conductivity type well 120b, second conductivity type well 120a, and/or floating diffusion region 120f, or after the doping step of forming the first conductivity type well 120b, second conductivity type well 120a, and/or floating diffusion region 120f.
図8に示すように、基板110の第1面111側に第2リセス部R2及び第3リセス部R3を形成する。第2リセス部R2は、第2トランジスタ(図13の参照符号144、以下同じ)を形成するためのリセス部であり、第3リセス部R3は、連結パターン(図13の参照符号150、以下同じ)を形成するためのリセス部である。第2リセス部R2は、第3トランジスタ(図13の参照符号146、以下同じ)を形成するための第1リセス部分R21と第4トランジスタ(図13の参照符号148、以下、同じ)を形成するための第2リセス部分R22を含む。第3リセス部R3は、接地領域120gに連結される第1連結パターン(図13の参照符号152、以下同じ)を形成するための第1連結リセスR31と、フローティング拡散領域120fに連結される第2連結パターン(図13の参照符号154、以下同じ)を形成するための第2連結リセスR32を含む。 As shown in FIG. 8, a second recess portion R2 and a third recess portion R3 are formed on the first surface 111 side of the substrate 110. The second recess portion R2 is a recess portion for forming a second transistor (reference numeral 144 in FIG. 13, the same applies below), and the third recess portion R3 is a recess portion for forming a connecting pattern (reference numeral 150 in FIG. 13, the same applies below). The second recess portion R2 includes a first recess portion R21 for forming a third transistor (reference numeral 146 in FIG. 13, the same applies below) and a second recess portion R22 for forming a fourth transistor (reference numeral 148 in FIG. 13, the same applies below). The third recess portion R3 includes a first connection recess R31 for forming a first connection pattern (reference numeral 152 in FIG. 13, the same applies hereinafter) connected to the ground region 120g, and a second connection recess R32 for forming a second connection pattern (reference numeral 154 in FIG. 13, the same applies hereinafter) connected to the floating diffusion region 120f.
例えば、基板110の第1面111側からエッチング工程を行って第2リセス部R2及び第3リセス部R3を形成する。より具体的には、基板110の第1面111の上に、第2開口部119aを有する第2マスク層118aを形成する。第2マスク層118aの第2開口部119aは、第2トランジスタ144及び連結パターン150が形成される基板110の部分を露出させる。基板110の第1面111側から第2開口部119aにより露出した基板110の一部を除去して第2リセス部R2及び第3リセス部R3を形成する。第2リセス部R2及び第3リセス部R3を形成した後、第2マスク層118aを除去する。 For example, an etching process is performed from the first surface 111 side of the substrate 110 to form the second recess portion R2 and the third recess portion R3. More specifically, a second mask layer 118a having a second opening 119a is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The second opening 119a in the second mask layer 118a exposes the portion of the substrate 110 where the second transistor 144 and the connecting pattern 150 are to be formed. The portion of the substrate 110 exposed by the second opening 119a is removed from the first surface 111 side of the substrate 110 to form the second recess portion R2 and the third recess portion R3. After the second recess portion R2 and the third recess portion R3 are formed, the second mask layer 118a is removed.
第2マスク層118aは、様々な物質(例えば、感光性物質)を含む。第2マスク層118aに第2開口部119aを形成するパターニング工程は、様々な工程(例えば、フォトリソグラフィ)により行われる。第2マスク層118aの第2開口部119aを介して基板110の一部を除去する工程は、エッチング工程(例えば、乾式エッチング)により行われる。第2リセス部R2及び第3リセス部R3を形成するエッチング工程では、分離部126及び/または素子分離部124をエッチングすることができるエッチング物質を用いる。第2マスク層118aを除去する工程は、様々なエッチング工程(例えば、乾式エッチング及び/または湿式エッチング)により行われる。ただし、実施例は、これに限定されず、様々な変更が可能である。 The second mask layer 118a may include various materials (e.g., photosensitive materials). The patterning process for forming the second opening 119a in the second mask layer 118a may be performed using various processes (e.g., photolithography). The process for removing a portion of the substrate 110 through the second opening 119a in the second mask layer 118a may be performed using an etching process (e.g., dry etching). The etching process for forming the second recess portion R2 and the third recess portion R3 uses an etching material capable of etching the isolation portion 126 and/or the element isolation portion 124. The process for removing the second mask layer 118a may be performed using various etching processes (e.g., dry etching and/or wet etching). However, the embodiments are not limited thereto, and various modifications are possible.
実施例における第2リセス部R2は、互いに隣接した2つの素子分離部124の間に位置する。第2リセス部R2を形成するために用いられるエッチング物質は、素子分離部124(例えば、絶縁層)を容易にエッチングすることができ、基板110をエッチングしないか素子分離部124よりも基板110を少なくエッチングする物質である。そうすれば、両側に位置した2つの素子分離部124のそれぞれの一部を容易にエッチングして相対的に大きい深さを有する凸部分が形成され、2つの素子分離部124の間に位置した基板110をエッチングしないか少なくエッチングして、相対的に小さい深さを有する凹部分が形成される。これにより、中央部分に凹部分を具備し、中央部分と両側部分との間に凸部分を具備する三次元構造の第2リセス部R2を容易に形成することができる。 In this embodiment, the second recess R2 is located between two adjacent device isolation portions 124. The etching material used to form the second recess R2 is a material that can easily etch the device isolation portions 124 (e.g., an insulating layer) and does not etch the substrate 110 or etches the substrate 110 less than the device isolation portions 124. In this manner, a portion of each of the two device isolation portions 124 located on both sides is easily etched to form a convex portion with a relatively large depth, and the substrate 110 located between the two device isolation portions 124 is not etched or is etched to a small extent to form a concave portion with a relatively small depth. This makes it easy to form a three-dimensional second recess R2 that has a concave portion in the center and convex portions between the center and both side portions.
第3リセス部R3は、分離部126及び/または素子分離部124が位置した部分を含むように位置し、所望の形状を有するように容易に形成することができる。例えば、第3リセス部R3の少なくとも中央の部分が、分離部126及び/または素子分離部124の上に位置するので、分離部126及び/または素子分離部124をエッチングすることができるエッチング物質により、第3リセス部R3を所望の位置で所望の形状に容易に形成することができる。 The third recess R3 is positioned to include the portion where the isolation portion 126 and/or the device isolation portion 124 are located, and can be easily formed to have a desired shape. For example, since at least the central portion of the third recess R3 is located above the isolation portion 126 and/or the device isolation portion 124, the third recess R3 can be easily formed in a desired position and shape using an etching material that can etch the isolation portion 126 and/or the device isolation portion 124.
続いて、ドーピング工程を行って第3トランジスタ146(例えば、リセットトランジスタ146aと選択トランジスタ146bのチャンネル部分を形成する。 Next, a doping process is performed to form the channel portions of the third transistor 146 (e.g., reset transistor 146a and select transistor 146b).
より具体的には、基板110の第1面111の上に第3開口部を有する第3マスク層を形成する。第3マスク層の第3開口部は、第3トランジスタ146が形成される基板110の部分を露出させる。第3開口部により、露出した基板110の部分にドーパント(例えば、第2導電型ドーパント)をドーピングして、第3トランジスタ146のチャンネル部分を形成する。チャンネル部分を形成した後、第3マスク層を除去する。 More specifically, a third mask layer having a third opening is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The third opening in the third mask layer exposes a portion of the substrate 110 in which the third transistor 146 will be formed. The portion of the substrate 110 exposed by the third opening is doped with a dopant (e.g., a second conductivity type dopant) to form a channel portion of the third transistor 146. After the channel portion is formed, the third mask layer is removed.
第3マスク層は、様々な物質(例えば、感光性物質)を含む。第3マスク層に第3開口部を形成するパターニング工程は、様々な工程(例えば、フォトリソグラフィ)により行われる。ドーピング工程は、様々な工程(例えば、イオンインプラント工程など)により行われる。第3マスク層を除去する工程は、様々なエッチング工程(例えば、乾式エッチング及び/または湿式エッチング)により行われる。ただし、実施例は、これに限定されず、様々な変更が可能である。 The third mask layer may include various materials (e.g., photosensitive materials). The patterning process for forming the third opening in the third mask layer may be performed by various processes (e.g., photolithography). The doping process may be performed by various processes (e.g., ion implantation process, etc.). The process for removing the third mask layer may be performed by various etching processes (e.g., dry etching and/or wet etching). However, the embodiments are not limited thereto, and various modifications are possible.
上述した説明においては、第3トランジスタ146のチャンネル部分を形成するドーピング工程を行い、第4トランジスタ148のチャンネル部分を形成しないことを例示したが、実施例は、これに限定されるものではない。第3トランジスタ146のチャンネル部分を形成するドーピング工程において、第4トランジスタ148のチャンネル部分を一緒に形成したり、第3トランジスタ146のチャンネル部分を形成するドーピング工程とは別に第4トランジスタ148のチャンネル部分を形成するドーピング工程を行うことができる。または、第3トランジスタ146のチャンネル部分を形成するドーピング工程を行わないことがある。 In the above description, a doping process for forming the channel portion of the third transistor 146 is performed without forming the channel portion of the fourth transistor 148, but the embodiment is not limited to this. In the doping process for forming the channel portion of the third transistor 146, the channel portion of the fourth transistor 148 may be formed at the same time, or the doping process for forming the channel portion of the fourth transistor 148 may be performed separately from the doping process for forming the channel portion of the third transistor 146. Alternatively, the doping process for forming the channel portion of the third transistor 146 may not be performed.
続いて、図9~図11に示すように、第1リセス部R1及び第2リセス部R2に第1ゲート絶縁層140aまたは第2ゲート絶縁層140bを形成する。その際、連結パターン150のオーミックコンタクトのために、連結パターン150が位置する第3リセス部R3には、第1ゲート絶縁層140a及び第2ゲート絶縁層140bが位置しない。 Next, as shown in FIGS. 9 to 11, a first gate insulating layer 140a or a second gate insulating layer 140b is formed in the first recess portion R1 or the second recess portion R2. In this case, the first gate insulating layer 140a or the second gate insulating layer 140b is not located in the third recess portion R3 where the connecting pattern 150 is located due to the ohmic contact of the connecting pattern 150.
より具体的には、図9に示すように、第1ゲート絶縁層140aを形成する。第1ゲート絶縁層140aは、第1トランジスタ142及び第3トランジスタ146に適した厚さを有する。 More specifically, as shown in FIG. 9, a first gate insulating layer 140a is formed. The first gate insulating layer 140a has a thickness suitable for the first transistor 142 and the third transistor 146.
第1ゲート絶縁層140aは、酸化物、窒化物、酸窒化物、シリコン酸化物よりも高い誘電率を有する高誘電率物質、シリコン酸化物よりも低い誘電率を有する低誘電率物質のうちの少なくとも1つを含む。例えば、第1ゲート絶縁層140aは、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ハフニウム酸化物、アルミニウム酸化物、及びタンタル酸化物のうちの少なくとも1つを含む。第1ゲート絶縁層140aは、1つの絶縁層で構成されることもあり、複数の絶縁層を含むこともできる。 The first gate insulating layer 140a includes at least one of oxide, nitride, oxynitride, a high-k material having a higher dielectric constant than silicon oxide, and a low-k material having a lower dielectric constant than silicon oxide. For example, the first gate insulating layer 140a includes at least one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, hafnium oxide, aluminum oxide, and tantalum oxide. The first gate insulating layer 140a may be composed of a single insulating layer or may include multiple insulating layers.
例えば、第1ゲート絶縁層140aは、熱酸化工程などを用いて形成する。そうすると、表面絶縁層110bが位置しないため、基板110が露出した部分に第1ゲート絶縁層140aが部分的に形成される。その際、第1ゲート絶縁層140aがシリコン酸化物を含む。ただし、実施例は、これに限定されず、様々な工程で第1ゲート絶縁層140aを形成することができる。 For example, the first gate insulating layer 140a is formed using a thermal oxidation process or the like. In this case, since the surface insulating layer 110b is not present, the first gate insulating layer 140a is partially formed in the exposed portion of the substrate 110. In this case, the first gate insulating layer 140a includes silicon oxide. However, embodiments are not limited to this, and the first gate insulating layer 140a can be formed using various processes.
図10に示すように、第4トランジスタ148が形成される第2リセス部分R22で第1ゲート絶縁層140aを除去して第2ゲート絶縁層140bを形成する。 As shown in FIG. 10, the first gate insulating layer 140a is removed in the second recess portion R22 where the fourth transistor 148 will be formed, and a second gate insulating layer 140b is formed.
第2ゲート絶縁層140bは、酸化物、窒化物、酸窒化物、シリコン酸化物よりも高い誘電率を有する高誘電率物質、シリコン酸化物よりも低い誘電率を有する低誘電率物質のうちの少なくとも1つを含む。例えば、第2ゲート絶縁層140bは、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ハフニウム酸化物、アルミニウム酸化物、及びタンタル酸化物のうちの少なくとも1つを含む。第2ゲート絶縁層140bは、1つの絶縁層で構成されることもあり、複数の絶縁層を含むこともできる。 The second gate insulating layer 140b includes at least one of oxide, nitride, oxynitride, a high-k material having a higher dielectric constant than silicon oxide, and a low-k material having a lower dielectric constant than silicon oxide. For example, the second gate insulating layer 140b includes at least one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, hafnium oxide, aluminum oxide, and tantalum oxide. The second gate insulating layer 140b may be composed of a single insulating layer or may include multiple insulating layers.
例えば、基板110の第1面111の上に、第4開口部119bを有する第4マスク層118bを形成する。第4マスク層118bの第4開口部119bは、第4トランジスタ148が形成される基板110の部分を露出させる。第4開口部119bにより露出した第2リセス部分R22に位置した第1ゲート絶縁層140aを除去し、第2リセス部分R22に第2ゲート絶縁層140bを形成する。第2ゲート絶縁層140bを形成した後、第4マスク層118bを除去する。 For example, a fourth mask layer 118b having a fourth opening 119b is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The fourth opening 119b in the fourth mask layer 118b exposes a portion of the substrate 110 where the fourth transistor 148 will be formed. The first gate insulating layer 140a located in the second recess portion R22 exposed by the fourth opening 119b is removed, and a second gate insulating layer 140b is formed in the second recess portion R22. After the second gate insulating layer 140b is formed, the fourth mask layer 118b is removed.
第4マスク層118bは、様々な物質(例えば、感光性物質)を含む。第4マスク層118bに第4開口部119bを形成するパターニング工程は、様々な工程(例えば、フォトリソグラフィ)により行われる。第4開口部119bにより露出した第1ゲート絶縁層140aを除去する工程は、エッチング工程(例えば、湿式エッチング)により行われる。例えば、第2ゲート絶縁層140bは、熱酸化工程などを用いて形成する。そうすると、第4開口部119bを介して露出した部分に第2ゲート絶縁層140bが部分的に形成される。その際、第2ゲート絶縁層140bは、シリコン酸化物を含む。ただし、実施例は、これに限定されず、様々な工程で第2ゲート絶縁層140bを形成することができる。第4マスク層118bを除去する工程は、様々なエッチング工程(例えば、乾式エッチング及び/または湿式エッチング)により行われる。一例として、第4マスク層118bを除去する工程は、湿式エッチングにより行われる。ただし、実施例は、これに限定されず、様々な変更が可能である。 The fourth mask layer 118b may include various materials (e.g., photosensitive materials). The patterning process for forming the fourth opening 119b in the fourth mask layer 118b may be performed using various processes (e.g., photolithography). The process for removing the first gate insulating layer 140a exposed through the fourth opening 119b may be performed using an etching process (e.g., wet etching). For example, the second gate insulating layer 140b may be formed using a thermal oxidation process, etc. The second gate insulating layer 140b is then partially formed in the portion exposed through the fourth opening 119b. In this case, the second gate insulating layer 140b may include silicon oxide. However, embodiments are not limited thereto, and the second gate insulating layer 140b may be formed using various processes. The process for removing the fourth mask layer 118b may be performed using various etching processes (e.g., dry etching and/or wet etching). For example, the process for removing the fourth mask layer 118b may be performed using wet etching. However, the example is not limited to this and various modifications are possible.
図11に示すように、連結パターン150が形成される第3リセス部R3で第1ゲート絶縁層140aを除去する。 As shown in FIG. 11, the first gate insulating layer 140a is removed from the third recess portion R3 where the connecting pattern 150 will be formed.
例えば、基板110の第1面111の上に、第5開口部119cを有する第5マスク層118cを形成する。第5マスク層118cの第5開口部119cは、連結パターン150が形成される基板110の部分を露出させる。第5開口部119cにより露出した第3リセス部R3に位置した第1ゲート絶縁層140aを除去する。第3リセス部R3に形成された第1ゲート絶縁層140aを除去した後、第5マスク層118cを除去する。 For example, a fifth mask layer 118c having a fifth opening 119c is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The fifth opening 119c of the fifth mask layer 118c exposes a portion of the substrate 110 where the connecting pattern 150 is to be formed. The first gate insulating layer 140a located in the third recess portion R3 exposed by the fifth opening 119c is removed. After removing the first gate insulating layer 140a formed in the third recess portion R3, the fifth mask layer 118c is removed.
第5マスク層118cは、様々な物質(例えば、感光性物質)を含む。第5マスク層118cに第5開口部119cを形成するパターニング工程は、様々な工程(例えば、フォトリソグラフィ)により行われる。第5開口部119cにより露出した第1ゲート絶縁層140aを除去する工程は、エッチング工程(例えば、湿式エッチング)により行われる。第5マスク層118cを除去する工程は、様々なエッチング工程(例えば、乾式エッチング及び/または湿式エッチング)により行われる。ただし、実施例は、これに限定されず、様々な変更が可能である。 The fifth mask layer 118c may include various materials (e.g., photosensitive materials). The patterning process for forming the fifth opening 119c in the fifth mask layer 118c may be performed using various processes (e.g., photolithography). The process for removing the first gate insulating layer 140a exposed by the fifth opening 119c may be performed using an etching process (e.g., wet etching). The process for removing the fifth mask layer 118c may be performed using various etching processes (e.g., dry etching and/or wet etching). However, the embodiments are not limited thereto, and various modifications are possible.
続いて、図12に示すように、基板110の第1面111の上に埋め込み層132pを形成する。埋め込み層132pは、第1リセス部R1、第2リセス部R2、及び第3リセス部R3を充填しながら基板110の第1面111の上に形成される。 Next, as shown in FIG. 12, a buried layer 132p is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The buried layer 132p is formed on the first surface 111 of the substrate 110 while filling the first recess portion R1, the second recess portion R2, and the third recess portion R3.
埋め込み層132pは、埋め込み構造を有する埋め込みパターン(図13の参照符号132、以下同じ)を構成する導電性物質または半導体物質をベース物質として含む。例えば、埋め込み層132pは、アンドープ半導体物質(例えば、アンドープ多結晶半導体、一例として、アンドープ多結晶シリコン)を含む。埋め込み層132pは、様々な工程(例えば、蒸着)により形成される。 The buried layer 132p includes a conductive or semiconductor material as a base material that constitutes a buried pattern (reference numeral 132 in FIG. 13; the same applies below) having a buried structure. For example, the buried layer 132p includes an undoped semiconductor material (e.g., an undoped polycrystalline semiconductor, e.g., undoped polycrystalline silicon). The buried layer 132p can be formed by various processes (e.g., deposition).
続いて、図13に示すように、基板110の第1面111の上に位置した埋め込み層(図12の参照符号132pの部分)を除去して埋め込みパターン132を形成する。例えば、基板110の第1面111側から化学機械研磨工程を行って第1リセス部(図12の参照符号R1、以下同じ)、第2リセス部(図12の参照符号R2、以下同じ)、及び第3リセス部(図12の参照符号R3、以下同じ)の内部に埋め込みパターン132を形成する。 Next, as shown in FIG. 13, the buried layer located on the first surface 111 of the substrate 110 (portion designated by reference symbol 132p in FIG. 12) is removed to form a buried pattern 132. For example, a chemical mechanical polishing process is performed from the first surface 111 side of the substrate 110 to form buried patterns 132 inside the first recess portion (reference symbol R1 in FIG. 12; the same applies below), the second recess portion (reference symbol R2 in FIG. 12; the same applies below), and the third recess portion (reference symbol R3 in FIG. 12; the same applies below).
その際、第1リセス部R1の内部に第1トランジスタ142の第1ゲート電極142gを構成する埋め込みパターン132が形成され、第2リセス部R2の内部に第2トランジスタ144の第2ゲート電極144gを構成する埋め込みパターン132が形成され、第3リセス部R3の内部に連結パターン150を構成する埋め込みパターン132が形成される。より具体的には、第1リセス部分R21の内部で第1ゲート絶縁層140aの上に位置した埋め込みパターン132が、第3トランジスタ146(例えば、選択トランジスタ146b及び/またはリセットトランジスタ146a)の第2ゲート電極144gを構成する。第2リセス部分R22の内部で第2ゲート絶縁層140bの上に位置した埋め込みパターン132が、第4トランジスタ148(例えば、ソースフォロワトランジスタ148a)の第2ゲート電極144gを構成する。第1連結リセスR31の内部に位置した埋め込みパターン132が第1連結パターン152を構成し、第2連結リセスR32の内部に位置した埋め込みパターン132が第2連結パターン154を構成する。 In this case, a buried pattern 132 constituting the first gate electrode 142g of the first transistor 142 is formed within the first recess R1, a buried pattern 132 constituting the second gate electrode 144g of the second transistor 144 is formed within the second recess R2, and a buried pattern 132 constituting the connecting pattern 150 is formed within the third recess R3. More specifically, the buried pattern 132 located on the first gate insulating layer 140a within the first recess R21 constitutes the second gate electrode 144g of the third transistor 146 (e.g., the select transistor 146b and/or the reset transistor 146a). The buried pattern 132 located on the second gate insulating layer 140b within the second recess R22 constitutes the second gate electrode 144g of the fourth transistor 148 (e.g., the source follower transistor 148a). The buried pattern 132 located inside the first connecting recess R31 constitutes the first connecting pattern 152, and the buried pattern 132 located inside the second connecting recess R32 constitutes the second connecting pattern 154.
その際、化学機械研磨工程によるディッシング現象により、複数の埋め込みパターン132の表面が凹部(図4及び図5の参照符号S1、S2、S3、S4)を具備する。また、複数の埋め込みパターン132の複数の表面が互いに同一な表面特性を有する。また、複数の埋め込みパターン132の複数の角部がラウンドされた部分(図4の参照符号RP)を有する。これから、複数の埋め込みパターン132(例えば、第1ゲート電極142g、第2ゲート電極144g、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154)が同一の工程(例えば、1回の化学機械研磨工程)により一緒に形成されたことが分かる。 At this time, due to the dishing phenomenon caused by the chemical mechanical polishing process, the surfaces of the multiple filled patterns 132 have recesses (reference symbols S1, S2, S3, and S4 in FIGS. 4 and 5). Furthermore, the surfaces of the multiple filled patterns 132 have the same surface characteristics. Furthermore, the corners of the multiple filled patterns 132 have rounded portions (reference symbol RP in FIG. 4). This indicates that the multiple filled patterns 132 (e.g., first gate electrode 142g, second gate electrode 144g, first connecting pattern 152, and/or second connecting pattern 154) were formed together through the same process (e.g., a single chemical mechanical polishing process).
続いて、図14に示すように、複数のトランジスタ140に第2導電型ドーパントをドーピングする。これにより、複数のトランジスタ140の第1及び第2ゲート電極142g、144gを第2導電型ドーパントでドーピングし、及び/または第2ゲート電極144gの両側に位置した基板110の活性領域を第2導電型ドーパントでドーピングしてソース領域及びドレイン領域を形成する。 Next, as shown in FIG. 14, the plurality of transistors 140 are doped with a second conductive type dopant. Thus, the first and second gate electrodes 142g and 144g of the plurality of transistors 140 are doped with the second conductive type dopant, and/or the active regions of the substrate 110 located on both sides of the second gate electrode 144g are doped with the second conductive type dopant to form source and drain regions.
より具体的には、基板110の第1面111の上に第6開口部119dを有する第6マスク層118dを形成する。第6マスク層118dの第6開口部119dは、複数のトランジスタ140の第1及び第2ゲート電極142g、144gを含む部分を露出させる。第6開口部119dにより露出した部分に第2導電型ドーパントをドーピングする。ドーピング工程後に第6マスク層118dを除去する。 More specifically, a sixth mask layer 118d having sixth openings 119d is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The sixth openings 119d in the sixth mask layer 118d expose portions including the first and second gate electrodes 142g, 144g of the plurality of transistors 140. The portions exposed by the sixth openings 119d are doped with a second conductivity type dopant. After the doping process, the sixth mask layer 118d is removed.
第6マスク層118dは、様々な物質(例えば、感光性物質)を含む。第6マスク層118dに第6開口部119dを形成するパターニング工程は、様々な工程(例えば、フォトリソグラフィ)により行われる。ドーピング工程は、様々な工程(例えば、イオンインプラント工程など)により行われる。第6マスク層118dを除去する工程は、様々なエッチング工程(例えば、乾式エッチング及び/または湿式エッチング)により行われる。ただし、実施例は、これに限定されず、様々な変更が可能である。 The sixth mask layer 118d may include various materials (e.g., photosensitive materials). The patterning process for forming the sixth opening 119d in the sixth mask layer 118d may be performed by various processes (e.g., photolithography). The doping process may be performed by various processes (e.g., ion implantation process, etc.). The process for removing the sixth mask layer 118d may be performed by various etching processes (e.g., dry etching and/or wet etching). However, the embodiments are not limited thereto, and various modifications are possible.
上述した説明においては、複数のトランジスタ140の第1及び第2ゲート電極142g、144gを、第2導電型ドーパントでドーピングする工程で第2トランジスタ144のソース領域及びドレイン領域を形成することを例示した。ただし、実施例は、これに限定されるものではない。複数のトランジスタ140の第1及び第2ゲート電極142g、144gを、第2導電型ドーパントでドーピングする工程とは異なる工程で第2トランジスタ144のソース領域及びドレイン領域を形成することもできる。または、第2トランジスタ144のソース領域及びドレイン領域を、複数のドーピング工程を介して形成することもできる。 In the above description, the source and drain regions of the second transistor 144 are formed by doping the first and second gate electrodes 142g, 144g of the plurality of transistors 140 with a second conductivity type dopant. However, the embodiment is not limited to this. The source and drain regions of the second transistor 144 may also be formed by a process different from the process of doping the first and second gate electrodes 142g, 144g of the plurality of transistors 140 with a second conductivity type dopant. Alternatively, the source and drain regions of the second transistor 144 may be formed through multiple doping processes.
続いて、図15に示すように、第2連結パターン154に第2導電型ドーパントをドーピングする。 Next, as shown in FIG. 15, the second connecting pattern 154 is doped with a second conductivity type dopant.
より具体的には、基板110の第1面111の上に第7開口部119eを有する第7マスク層118eを形成する。第7マスク層118eの第7開口部119eは、第2連結パターン154を露出させる。第7開口部119eにより露出した第2連結パターン154に第2導電型ドーパントをドーピングする。実施例において、第2連結パターン154で基板110の第1面111に隣接した部分に第2ドープ領域DR2を形成し、第2ドープ領域DR2の下部に第2アンドープ領域UR2が位置するようにする。ドーピング工程後に第7マスク層118eを除去する。 More specifically, a seventh mask layer 118e having a seventh opening 119e is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The seventh opening 119e of the seventh mask layer 118e exposes the second connecting pattern 154. The second connecting pattern 154 exposed through the seventh opening 119e is doped with a second conductive dopant. In this embodiment, a second doped region DR2 is formed in a portion of the second connecting pattern 154 adjacent to the first surface 111 of the substrate 110, and a second undoped region UR2 is located below the second doped region DR2. After the doping process, the seventh mask layer 118e is removed.
第7マスク層118eは、様々な物質(例えば、感光性物質)を含む。第7マスク層118eに第7開口部119eを形成するパターニング工程は、様々な工程(例えば、フォトリソグラフィ)により行われる。ドーピング工程は、様々な工程(例えば、イオンインプラント工程など)により行われる。第7マスク層118eを除去する工程は、様々なエッチング工程(例えば、乾式エッチング及び/または湿式エッチング)により行われる。ただし、実施例はこれに限定されず、様々な変更が可能である。 The seventh mask layer 118e may include various materials (e.g., photosensitive materials). The patterning process for forming the seventh opening 119e in the seventh mask layer 118e may be performed by various processes (e.g., photolithography). The doping process may be performed by various processes (e.g., ion implantation process, etc.). The process for removing the seventh mask layer 118e may be performed by various etching processes (e.g., dry etching and/or wet etching). However, examples are not limited to these, and various modifications are possible.
続いて、図16に示すように、第1連結パターン152に第1導電型ドーパントをドーピングする。そして、基板110の第1面111側に接地領域120gを一緒に形成する。 Next, as shown in FIG. 16, the first connecting pattern 152 is doped with a first conductivity type dopant. A ground region 120g is then formed on the first surface 111 side of the substrate 110.
より具体的には、基板110の第1面111の上に第8開口部119fを有する第8マスク層118fを形成する。第8マスク層118fの第8開口部119fは、第1連結パターン152及び/またはこれに隣接した基板110の一部を露出させる。第8開口部119fにより露出した第1連結パターン152に第1導電型ドーパントをドーピングし、及び/または第8開口部119fにより露出した基板110の部分に第1導電型ドーパントをドーピングして接地領域120gを形成する。実施例において、第1連結パターン152に第1導電型ドーパントをドーピングする時、基板110の第1面111に隣接した部分に第1ドープ領域DR1を形成し、第1ドープ領域DR1の下部に第1アンドープ領域UR1が位置するようにする。ドーピング工程後に第8マスク層118fを除去する。 More specifically, an eighth mask layer 118f having an eighth opening 119f is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The eighth opening 119f of the eighth mask layer 118f exposes the first connecting pattern 152 and/or an adjacent portion of the substrate 110. The first connecting pattern 152 exposed through the eighth opening 119f is doped with a first conductive dopant and/or the portion of the substrate 110 exposed through the eighth opening 119f is doped with a first conductive dopant to form the ground region 120g. In this embodiment, when the first connecting pattern 152 is doped with the first conductive dopant, a first doped region DR1 is formed in the portion of the substrate 110 adjacent to the first surface 111, and a first undoped region UR1 is located below the first doped region DR1. After the doping process, the eighth mask layer 118f is removed.
第8マスク層118fは、様々な物質(例えば、感光性物質)を含む。第8マスク層118fに第8開口部119fを形成するパターニング工程は、様々な工程(例えば、フォトリソグラフィ)により行われる。ドーピング工程は、様々な工程(例えば、イオンインプラント工程など)により行われる。第8マスク層118fを除去する工程は、様々なエッチング工程(例えば、乾式エッチング及び/または湿式エッチング)により行われる。ただし、実施例はこれに限定されず、様々な変更が可能である。 The eighth mask layer 118f may include various materials (e.g., photosensitive materials). The patterning process for forming the eighth opening 119f in the eighth mask layer 118f may be performed by various processes (e.g., photolithography). The doping process may be performed by various processes (e.g., ion implantation process, etc.). The process for removing the eighth mask layer 118f may be performed by various etching processes (e.g., dry etching and/or wet etching). However, examples are not limited to these, and various modifications are possible.
上述した説明においては、第1連結パターン152を第1導電型ドーパントにドーピングする工程により接地領域120gを形成することを例示した。ただし、実施例は、これに限定されるものではない。第1連結パターン152を第1導電型ドーパントでドーピングする工程とは異なる工程で接地領域120gを形成することもできる。または、接地領域120gを複数のドーピング工程を介して形成することもできる。 In the above description, the ground region 120g is formed by doping the first connecting pattern 152 with a first conductive type dopant. However, the embodiment is not limited to this. The ground region 120g may also be formed by a process different from the process of doping the first connecting pattern 152 with a first conductive type dopant. Alternatively, the ground region 120g may be formed through multiple doping processes.
実施例においては、複数のトランジスタ140の第1及び第2ゲート電極142g、144gのドーピング工程、第2連結パターン154のドーピング工程、そして、第1連結パターン152のドーピング工程を順番に行ったことを例示した。ただし、実施例はこれに限定されず、複数のトランジスタ140の第1及び第2ゲート電極142g、144gのドーピング工程、第2連結パターン154のドーピング工程、そして、第1連結パターン152のドーピング工程の順序は、様々に変更され得る。 In the embodiment, the doping process of the first and second gate electrodes 142g, 144g of the plurality of transistors 140, the doping process of the second connecting pattern 154, and the doping process of the first connecting pattern 152 are performed in this order. However, the embodiment is not limited to this, and the order of the doping process of the first and second gate electrodes 142g, 144g of the plurality of transistors 140, the doping process of the second connecting pattern 154, and the doping process of the first connecting pattern 152 may be changed in various ways.
続いて、図17に示すように、基板110の第1面111の上に、ピクセル回路130に電気的に連結される配線部170を形成する。配線部170を形成する工程には様々な工程が適用される。 Next, as shown in FIG. 17, a wiring portion 170 electrically connected to the pixel circuit 130 is formed on the first surface 111 of the substrate 110. Various processes can be used to form the wiring portion 170.
続いて、図18に示すように、基板110の予備面(図17の参照符号112p、以下同じ)が位置した部分の基板110の一部を除去する。例えば、基板110の予備面112pにグラインディング工程、研磨工程、研削工程、エッチング工程などを行い、分離部126が位置した部分まで基板110の一部を除去する。一例として、分離部126が基板110の第2面112に位置するように基板110の一部が除去される。 Next, as shown in FIG. 18, a portion of the substrate 110 where the preliminary surface of the substrate 110 (reference symbol 112p in FIG. 17, the same applies below) is located is removed. For example, a grinding process, polishing process, grinding process, etching process, etc. is performed on the preliminary surface 112p of the substrate 110, and a portion of the substrate 110 is removed up to the portion where the separation portion 126 is located. As an example, a portion of the substrate 110 is removed so that the separation portion 126 is located on the second surface 112 of the substrate 110.
基板110の第1面111に追加配線部分200を形成し、基板110の第2面112の上にカラーフィルタ182、マイクロレンズ188などを含む光受信部を形成する。追加配線部分200を形成する工程及び/または光受信部を形成する工程には様々な工程が適用される。追加配線部分200を形成する工程と光受信部を形成する工程の順序は、多様に変更され得る。 An additional wiring portion 200 is formed on the first surface 111 of the substrate 110, and an optical receiving portion including a color filter 182, microlenses 188, etc. is formed on the second surface 112 of the substrate 110. Various processes can be used to form the additional wiring portion 200 and/or the optical receiving portion. The order of the process of forming the additional wiring portion 200 and the process of forming the optical receiving portion can be varied in various ways.
実施例によれば、ゲート絶縁層の有無または厚さに差がある3つ以上の構造を有する複数の埋め込みパターン132を容易な工程により形成することができる。これにより、優れた効率を有するイメージセンサ10の生産性を向上させることができる。 According to this embodiment, multiple buried patterns 132 having three or more structures, each with a gate insulating layer and/or varying thickness, can be formed through a simple process. This improves the productivity of image sensors 10 with excellent efficiency.
図19~図24は、他の実施例によるイメージセンサの製造方法を示す断面図である。図19~図24においては、図2に対応する部分を示した。図7~図18を参照して説明した部分と同一であるか、極めて類似の部分については詳細な説明を省略し、他の部分についてのみ詳細に説明する。 Figures 19 to 24 are cross-sectional views showing a method for manufacturing an image sensor according to another embodiment. Figures 19 to 24 show parts corresponding to Figure 2. Detailed descriptions of parts that are the same as or very similar to those described with reference to Figures 7 to 18 will be omitted, and only other parts will be described in detail.
図19に示すように、基板110に素子分離部124、分離部126、光電変換部120、第1リセス部R1、第2リセス部R2、及び第3リセス部R3を形成し、第1ゲート絶縁層140a及び/または第2ゲート絶縁層140bを形成する。これについては、図7~図10に示す工程に対する説明がその通りに適用される。 As shown in FIG. 19, the element isolation region 124, isolation region 126, photoelectric conversion region 120, first recess region R1, second recess region R2, and third recess region R3 are formed in the substrate 110, and the first gate insulating layer 140a and/or second gate insulating layer 140b are formed. In this regard, the explanations for the processes shown in FIGS. 7 to 10 apply as is.
続いて、図20に示すように、基板110の第1面111の上にドープ埋め込み層132qを形成する。ドープ埋め込み層132qは、第1リセス部R1、第2リセス部R2、及び第3リセス部R3を充填しながら基板110の第1面111の上に形成される。 Next, as shown in FIG. 20, a doped buried layer 132q is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The doped buried layer 132q is formed on the first surface 111 of the substrate 110 while filling the first recess portion R1, the second recess portion R2, and the third recess portion R3.
例えば、ドープ埋め込み層132qは、ドープ半導体物質(例えば、ドープ多結晶半導体、一例として、ドープ多結晶シリコン)を含むドープ半導体層を含む。ドープ半導体層は、第2導電型ドーパントを含んで第2導電型を有するが、実施例は、これに限定されるものではない。ドープ埋め込み層132qは、様々な工程(例えば、蒸着)により形成される。 For example, doped buried layer 132q may include a doped semiconductor layer containing a doped semiconductor material (e.g., a doped polycrystalline semiconductor, such as doped polycrystalline silicon). The doped semiconductor layer may include a second conductivity type dopant and have the second conductivity type, although examples are not limited thereto. Doped buried layer 132q may be formed by various processes (e.g., deposition).
続いて、図21に示すように、第3リセス部R3に対応する部分でドープ埋め込み層132qを除去する。これにより、第3リセス部R3が露出する。 Next, as shown in FIG. 21, the doped buried layer 132q is removed from the portion corresponding to the third recess portion R3. This exposes the third recess portion R3.
例えば、基板110の第1面111の上でドープ埋め込み層132qの上に第5開口部119cを有する第5マスク層118cを形成する。第5マスク層118cの第5開口部119cは、第3リセス部R3に対応する部分を露出させる。第5開口部119cを介して露出したドープ埋め込み層132qの一部を除去する。ドープ埋め込み層132qを除去した後、第5マスク層118cを除去する。 For example, a fifth mask layer 118c having a fifth opening 119c on the doped buried layer 132q is formed on the first surface 111 of the substrate 110. The fifth opening 119c in the fifth mask layer 118c exposes a portion corresponding to the third recess R3. The portion of the doped buried layer 132q exposed through the fifth opening 119c is removed. After removing the doped buried layer 132q, the fifth mask layer 118c is removed.
続いて、図22に示すように、ドープ埋め込み層132qが除去されて外部に露出した第3リセス部R3に位置した第1ゲート絶縁層140aを除去する。第1ゲート絶縁層140aを除去する工程は、エッチング工程(例えば、湿式エッチング)により行われる。ただし、実施例はこれに限定されず、様々な変更が可能である。 Next, as shown in FIG. 22, the first gate insulating layer 140a located in the third recess portion R3 exposed to the outside after the doped buried layer 132q is removed is removed. The process of removing the first gate insulating layer 140a is performed by an etching process (e.g., wet etching). However, the embodiment is not limited to this and various modifications are possible.
上述のように、ドープ埋め込み層132qを形成した後、第3リセス部R3に形成された第1ゲート絶縁層140aを除去すると、第1ゲート絶縁層140aを除去する工程でドープ埋め込み層132qが、第1リセス部R1及び第2リセス部R2に形成された第1ゲート絶縁層140aまたは第2ゲート絶縁層140bを保護することができる。これにより、第1ゲート絶縁層140aまたは第2ゲート絶縁層140bが優れた特性を有し、複数のトランジスタ(図24の参照符号140)が優れた特性を有する。 As described above, after forming the doped buried layer 132q, the first gate insulating layer 140a formed in the third recess portion R3 is removed. During the process of removing the first gate insulating layer 140a, the doped buried layer 132q can protect the first gate insulating layer 140a or the second gate insulating layer 140b formed in the first recess portion R1 and the second recess portion R2. This allows the first gate insulating layer 140a or the second gate insulating layer 140b to have excellent characteristics, and the multiple transistors (reference numeral 140 in FIG. 24) to have excellent characteristics.
続いて、図23に示すように、ドープ埋め込み層132qの上にアンドープ埋め込み層132rを形成する。アンドープ埋め込み層132rは、第3リセス部R3を充填しながらドープ埋め込み層132qの上に形成される。これにより、ドープ埋め込み層132qとアンドープ埋め込み層132r、132qを含む埋め込み層132pを形成することができる。 Next, as shown in FIG. 23, an undoped buried layer 132r is formed on the doped buried layer 132q. The undoped buried layer 132r is formed on the doped buried layer 132q while filling the third recess R3. This allows the formation of a buried layer 132p including the doped buried layer 132q and the undoped buried layers 132r and 132q.
例えば、アンドープ埋め込み層132rは、アンドープ半導体物質(例えば、アンドープ多結晶半導体、一例として、アンドープ多結晶シリコン)を含む。アンドープ埋め込み層132qは、様々な工程(例えば、蒸着)により形成される。 For example, the undoped buried layer 132r includes an undoped semiconductor material (e.g., an undoped polycrystalline semiconductor, such as undoped polycrystalline silicon). The undoped buried layer 132q may be formed by various processes (e.g., deposition).
一実施例において、第1リセス部R1及び第2リセス部R2が位置した部分では、第1リセス部R1及び第2リセス部R2の内部をドープ埋め込み層132qで充填し、その上にアンドープ埋め込み層132qが位置する。第3リセス部R3が位置した部分では、第3リセス部R3の内部をアンドープ埋め込み層132rで充填する。 In one embodiment, where the first recess R1 and the second recess R2 are located, the interiors of the first recess R1 and the second recess R2 are filled with a doped buried layer 132q, and an undoped buried layer 132q is located thereon. Where the third recess R3 is located, the interior of the third recess R3 is filled with an undoped buried layer 132r.
続いて、図24に示すように、基板110の第1面111の上に位置した埋め込み層(図23の参照符号132p)の部分を除去して埋め込みパターン132を形成する。例えば、基板110の第1面111側から化学機械研磨工程を行って第1リセス部(図23の参照符号R1、以下同じ)、第2リセス部(図23の参照符号R2、以下同じ)、及び第3リセス部(図23の参照符号R3、以下同じ)の内部に埋め込みパターン132を形成する。 Next, as shown in FIG. 24, a portion of the buried layer (reference symbol 132p in FIG. 23) located on the first surface 111 of the substrate 110 is removed to form a buried pattern 132. For example, a chemical mechanical polishing process is performed from the first surface 111 side of the substrate 110 to form buried patterns 132 inside the first recess portion (reference symbol R1 in FIG. 23; the same applies below), the second recess portion (reference symbol R2 in FIG. 23; the same applies below), and the third recess portion (reference symbol R3 in FIG. 23; the same applies below).
その際、第1リセス部R1の内部に第1トランジスタ142の第1ゲート電極142gを構成する埋め込みパターン132が形成され、第2リセス部R2の内部に第2トランジスタ144の第2ゲート電極144gを構成する埋め込みパターン132が形成され、第3リセス部R3の内部に連結パターン150を構成する埋め込みパターン132が形成される。第1ゲート電極142g及び第2ゲート電極144gがドープ埋め込み層(図23の参照符号132q)で構成され、連結パターン150を構成する埋め込みパターン132がアンドープ埋め込み層(図23の参照符号132r)で構成される。 At this time, a buried pattern 132 constituting the first gate electrode 142g of the first transistor 142 is formed inside the first recess R1, a buried pattern 132 constituting the second gate electrode 144g of the second transistor 144 is formed inside the second recess R2, and a buried pattern 132 constituting the connecting pattern 150 is formed inside the third recess R3. The first gate electrode 142g and the second gate electrode 144g are formed from a doped buried layer (reference symbol 132q in FIG. 23), and the buried pattern 132 constituting the connecting pattern 150 is formed from an undoped buried layer (reference symbol 132r in FIG. 23).
続いて、第2連結パターン154に第2導電型ドーパントをドーピングし、及び/または第1連結パターン152に第1導電型ドーパントをドーピングする。これについては、図15及び図16を参照した説明がその通りに適用される。 Then, the second connecting pattern 154 is doped with a second conductive type dopant and/or the first connecting pattern 152 is doped with a first conductive type dopant. In this regard, the description with reference to FIGS. 15 and 16 applies accordingly.
続いて、配線部170を形成し、基板110の予備面112pが位置した部分の基板110の一部を除去し、追加配線部分200及び光受信部を形成する。これについては、図17及び図18を参照した説明がその通りに適用される。 Next, the wiring portion 170 is formed, and a portion of the substrate 110 where the spare surface 112p of the substrate 110 is located is removed to form the additional wiring portion 200 and the optical receiving portion. The explanations given with reference to Figures 17 and 18 apply accordingly.
実施例によれば、ゲート絶縁層の有無または厚さに差がある3つ以上の構造を有する複数の埋め込みパターン132を容易な工程により形成することができる。さらに、連結パターン150が形成される第3リセス部R3で第1ゲート絶縁層140aを除去する工程において、第1ゲート絶縁層140a及び第2ゲート絶縁層140bを保護して優れた特性を維持するようにできる。これにより、優れた効率を有するイメージセンサ10の生産性を向上させることができる。 According to this embodiment, a plurality of buried patterns 132 having three or more structures, each with a gate insulating layer and varying thicknesses, can be formed through a simple process. Furthermore, in the process of removing the first gate insulating layer 140a in the third recess portion R3 where the connecting pattern 150 is formed, the first gate insulating layer 140a and the second gate insulating layer 140b can be protected, maintaining excellent characteristics. This improves the productivity of the image sensor 10, which has excellent efficiency.
以下、図25を参照して上述した実施例とは異なる実施例によるイメージセンサをより詳細に説明する。既に説明した部分と同一であるか、極めて類似の部分については詳細な説明を省略し、他の部分についてのみ詳細に説明する。 Hereinafter, an image sensor according to an embodiment different from the embodiment described above will be described in more detail with reference to Figure 25. Detailed descriptions of parts that are the same as or very similar to parts already described will be omitted, and only other parts will be described in detail.
図25は、さらに他の実施例によるイメージセンサの基板を概略的に示す平面図である。図25には図3に対応する部分を示した。 Figure 25 is a plan view schematically illustrating a substrate of an image sensor according to yet another embodiment. Figure 25 shows the portion corresponding to Figure 3.
図25を参照すれば、実施例においては、複数の埋め込みパターン132または連結パターン150が基板110の内部に埋め込まれる埋め込み構造を有する配線パターン156を含む。配線パターン156は、第1トランジスタ142の第1ゲート電極142g、第2トランジスタ144の第2ゲート電極144g、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154と同一の工程により形成される。 Referring to FIG. 25, in this embodiment, a plurality of buried patterns 132 or connecting patterns 150 include a wiring pattern 156 having an embedded structure embedded within the substrate 110. The wiring pattern 156 is formed by the same process as the first gate electrode 142g of the first transistor 142, the second gate electrode 144g of the second transistor 144, the first connecting pattern 152, and/or the second connecting pattern 154.
配線パターン156は、第1トランジスタ142の第1ゲート電極142g、第2トランジスタ144の第2ゲート電極144g、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154と同一のベース物質を含む。配線パターン156の表面は、第1トランジスタ142の第1ゲート電極142g、第2トランジスタ144の第2ゲート電極144g、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154の表面に形成された凹部と同一または類似の形態を有する凹部を含む。配線パターン156の表面は、第1トランジスタ142の第1ゲート電極142g、第2トランジスタ144の第2ゲート電極144g、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154の表面と同一の表面特性を有する。配線パターン156の角部が第1トランジスタ142の第1ゲート電極142g、第2トランジスタ144の第2ゲート電極144g、第1連結パターン152及び/または第2連結パターン154の角部と同一または類似の形態のラウンドされた部分を有する。 The wiring pattern 156 includes the same base material as the first gate electrode 142g of the first transistor 142, the second gate electrode 144g of the second transistor 144, the first connecting pattern 152, and/or the second connecting pattern 154. The surface of the wiring pattern 156 includes recesses having the same or similar shapes as the recesses formed on the surfaces of the first gate electrode 142g of the first transistor 142, the second gate electrode 144g of the second transistor 144, the first connecting pattern 152, and/or the second connecting pattern 154. The surface of the wiring pattern 156 has the same surface characteristics as the surfaces of the first gate electrode 142g of the first transistor 142, the second gate electrode 144g of the second transistor 144, the first connecting pattern 152, and/or the second connecting pattern 154. The corners of the wiring pattern 156 have rounded portions that are the same as or similar to the corners of the first gate electrode 142g of the first transistor 142, the second gate electrode 144g of the second transistor 144, the first connecting pattern 152, and/or the second connecting pattern 154.
例えば、配線パターン156が第1ピクセル領域PX1及び/または第3ピクセル領域PX3で第2トランジスタ144(例えば、ソースフォロワトランジスタ148a)の第2ゲート電極144gと第2連結パターン154(例えば、第1連結部分154a)を連結する。これによれば、配線部の構造を単純化することができ、イメージセンサの工程を単純化することができる。これにより、イメージセンサの生産性を向上させることができる。 For example, the wiring pattern 156 connects the second gate electrode 144g of the second transistor 144 (e.g., source follower transistor 148a) to the second connecting pattern 154 (e.g., first connecting portion 154a) in the first pixel region PX1 and/or the third pixel region PX3. This simplifies the structure of the wiring section and the image sensor manufacturing process, thereby improving the productivity of the image sensor.
一実施例における配線パターン156は、第2ゲート電極144g及び/または第2連結パターン154と同様に第2導電型を有する。例えば、第2ゲート電極144gをドーピングするドーピング工程、第2トランジスタ144のソース及びドレイン領域を形成するドーピング工程、及び/または第2連結パターン154に第2導電型ドーパントをドーピングするドーピング工程で、配線パターン156を一緒にドーピングする。ただし、実施例はこれに限定されず、様々な変更が可能である。 In one embodiment, the wiring pattern 156 has the same second conductivity type as the second gate electrode 144g and/or the second connecting pattern 154. For example, the wiring pattern 156 is doped together with the doping process for doping the second gate electrode 144g, the doping process for forming the source and drain regions of the second transistor 144, and/or the doping process for doping the second connecting pattern 154 with a second conductivity type dopant. However, the embodiment is not limited to this, and various modifications are possible.
図25においては、配線パターン156が、第1ピクセル領域PX1に位置したソースフォロワトランジスタ148aと第2連結パターン154を連結する第1配線部分と、第3ピクセル領域PX3に位置したソースフォロワトランジスタ148aと第2連結パターン154を連結する第2配線部分とを含むことを例示した。ただし、実施例は、これに限定されるものではない。一例として、配線パターン156が第1配線部分及び第2配線部分のうちの1つを含むこともできる。他の例として、配線パターン156が第1配線部分及び第2配線部分以外の他の配線部分を含むこともできる。例えば、配線パターン156は、イメージセンサに含まれる様々な素子、部材、ユニット、部品などを連結する配線部分を含むことができる。 In FIG. 25, the wiring pattern 156 includes a first wiring portion connecting the source follower transistor 148a located in the first pixel region PX1 to the second connecting pattern 154, and a second wiring portion connecting the source follower transistor 148a located in the third pixel region PX3 to the second connecting pattern 154. However, the embodiment is not limited to this. As an example, the wiring pattern 156 may include one of the first wiring portion and the second wiring portion. As another example, the wiring pattern 156 may include wiring portions other than the first wiring portion and the second wiring portion. For example, the wiring pattern 156 may include wiring portions connecting various elements, members, units, components, etc. included in the image sensor.
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明の技術範囲はこれに限定されるものではない。本発明の基本概念を用いた当業者による様々な変更及び改良形態もまた本発明の技術範囲に属する。 Although the embodiments have been described in detail above, the technical scope of the present invention is not limited to these. Various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention also fall within the technical scope of the present invention.
10:イメージセンサ
20:ロジック回路
30:イメージ信号処理機
100:光電変換基板
110:基板
120:光電変換部
130:ピクセル回路
170:配線部
200:追加配線部分
110、210:基板
120:光電変換部分
130:ピクセル回路
132:埋め込みパターン
10: Image sensor 20: Logic circuit 30: Image signal processor 100: Photoelectric conversion substrate 110: Substrate 120: Photoelectric conversion section 130: Pixel circuit 170: Wiring section 200: Additional wiring section 110, 210: Substrate 120: Photoelectric conversion section 130: Pixel circuit 132: Embedded pattern
Claims (10)
前記基板に位置する光電変換部及び前記基板の前記第1面に隣接して位置するピクセル回路を含む複数のピクセル領域と、
を含み、
前記ピクセル回路は、前記基板の内部に埋め込まれた埋め込み構造を有する複数の埋め込みパターンを含み、
前記ピクセル回路は、垂直型転送ゲート電極の第1ゲート電極を含む第1トランジスタと、前記第1ゲート電極とは異なる断面形状を有する第2ゲート電極を含む第2トランジスタを含み、
前記複数の埋め込みパターンは、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を含むことを特徴とするイメージセンサ。 a substrate having a first surface and a second surface opposite each other;
a plurality of pixel regions including a photoelectric conversion unit located on the substrate and a pixel circuit located adjacent to the first surface of the substrate;
Including,
the pixel circuit includes a plurality of embedded patterns having embedded structures embedded within the substrate;
the pixel circuit includes a first transistor including a first gate electrode of a vertical transfer gate electrode, and a second transistor including a second gate electrode having a cross-sectional shape different from that of the first gate electrode;
The plurality of buried patterns include the first gate electrode and the second gate electrode.
前記複数の埋め込みパターンの複数の表面はそれぞれ前記基板の前記第1面と前記基板の前記第2面との間に位置する部分を含むように凹状を有する凹部を具備し、
前記複数の埋め込みパターンの前記複数の表面が同一の表面特性を有し、
前記複数の埋め込みパターンの複数の角部がそれぞれラウンドされた部分を有することを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。 the plurality of embedded patterns include the same base material;
a plurality of surfaces of the plurality of embedded patterns each having a recess having a concave shape including a portion located between the first surface of the substrate and the second surface of the substrate;
the surfaces of the embedded patterns have the same surface characteristics;
2. The image sensor according to claim 1, wherein each of the plurality of embedded patterns has a plurality of rounded corners.
前記第1トランジスタまたは前記第3トランジスタのゲート絶縁層の厚さは前記第4トランジスタのゲート絶縁層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。 the second transistor includes a third transistor including at least one of a reset transistor and a selection transistor, and a fourth transistor including a source follower transistor;
2. The image sensor of claim 1, wherein a thickness of the gate insulating layer of the first transistor or the third transistor is greater than a thickness of the gate insulating layer of the fourth transistor.
前記複数の埋め込みパターンは、前記接地領域に連結される第1連結パターン及び前記フローティング拡散領域に連結される第2連結パターンのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。 a doping region including at least one of a floating diffusion region and a ground region is located on the first surface side of the substrate;
The image sensor of claim 1 , wherein the plurality of buried patterns include at least one of a first connecting pattern connected to the ground region and a second connecting pattern connected to the floating diffusion region.
前記第1または第2連結パターンが、前記複数のピクセル領域のうちの少なくとも2つのピクセル領域にわたって形成され、前記第1または第2連結パターンの少なくとも一部が前記分離部の上に位置し、
前記基板の前記第1面の上に位置し、前記ピクセル回路に電気的に連結される第1コンタクトビアを含む配線部と、
前記複数のピクセル領域の縁に対応するように位置する分離部と、
をさらに含み、
平面から見る時、前記第1コンタクトビアの少なくとも一部が前記分離部に重なる位置で前記第1または第2連結パターンに連結されていることを特徴とする請求項5に記載のイメージセンサ。 further comprising separation portions positioned to correspond to edges of the plurality of pixel regions;
the first or second connecting pattern is formed across at least two pixel regions among the plurality of pixel regions, and at least a portion of the first or second connecting pattern is located on the separation portion;
a wiring portion located on the first surface of the substrate and including a first contact via electrically connected to the pixel circuit;
Separation portions located to correspond to edges of the plurality of pixel regions;
further comprising
6. The image sensor of claim 5, wherein at least a portion of the first contact via is connected to the first or second connection pattern at a position overlapping the separation portion when viewed from above.
前記第1連結パターンが、前記第1、第2、第3及び第4ピクセル領域にわたって形成され、前記第1、第2、第3及び第4ピクセル領域にそれぞれ具備された前記接地領域に連結され、
前記第2連結パターンが、前記第1及び第3ピクセル領域にわたって形成され、前記第1及び第3ピクセル領域にそれぞれ具備された前記フローティング拡散領域に連結された第1連結部分と、前記第2及び第4ピクセル領域にわたって形成され、前記第2及び第4ピクセル領域にそれぞれ具備された前記フローティング拡散領域に連結された第2連結部分を含むことを特徴とする請求項5に記載のイメージセンサ。 the plurality of pixel regions include a first pixel region and a second pixel region adjacent to each other in a first direction, and a third pixel region and a fourth pixel region adjacent to the first pixel region and the second pixel region, respectively, in a second direction intersecting the first direction;
the first connecting pattern is formed across the first, second, third, and fourth pixel regions and is connected to the ground regions provided in the first, second, third, and fourth pixel regions, respectively;
6. The image sensor of claim 5, wherein the second connecting pattern includes a first connecting portion formed across the first and third pixel regions and connected to the floating diffusion regions provided in the first and third pixel regions, respectively, and a second connecting portion formed across the second and fourth pixel regions and connected to the floating diffusion regions provided in the second and fourth pixel regions, respectively.
前記基板に位置する光電変換部及び前記基板の前記第1面に隣接して位置するピクセル回路を含む複数のピクセル領域と、
を含み、
前記ピクセル回路は、前記基板の内部に埋め込まれた埋め込み構造を有する複数の埋め込みパターンを含み、
前記ピクセル回路は、第1ゲート電極を含む第1トランジスタと、前記第1ゲート電極とは異なる断面形状を有する第2ゲート電極を含む第2トランジスタと、ドーピング連結パターン及び配線パターンのうちの少なくとも1つを含む連結パターンを含み、
前記複数の埋め込みパターンは、前記第2ゲート電極及び前記連結パターンを含むことを特徴とするイメージセンサ。 a substrate having a first surface and a second surface opposite each other;
a plurality of pixel regions including a photoelectric conversion unit located on the substrate and a pixel circuit located adjacent to the first surface of the substrate;
Including,
the pixel circuit includes a plurality of embedded patterns having embedded structures embedded within the substrate;
the pixel circuit includes a first transistor including a first gate electrode, a second transistor including a second gate electrode having a cross-sectional shape different from that of the first gate electrode, and a connection pattern including at least one of a doping connection pattern and a wiring pattern;
The plurality of buried patterns include the second gate electrode and the connecting pattern.
前記基板に位置する光電変換部及び前記基板の前記第1面に隣接して位置するピクセル回路を含む複数のピクセル領域と、
前記複数のピクセル領域の縁に対応するように位置する分離部と、
を含み、
前記ピクセル回路は、前記基板または前記基板に位置するドーピング領域に連結され、前記基板の内部に埋め込まれた埋め込み構造を有するドーピング連結パターンを含み、
前記ドーピング連結パターンが前記複数のピクセル領域のうちの少なくとも2つのピクセル領域にわたって形成され、前記ドーピング連結パターンの少なくとも一部が前記分離部の上に位置することを特徴とするイメージセンサ。
a substrate having a first surface and a second surface opposite each other;
a plurality of pixel regions including a photoelectric conversion unit located on the substrate and a pixel circuit located adjacent to the first surface of the substrate;
Separation portions located to correspond to edges of the plurality of pixel regions;
Including,
the pixel circuit includes a doping connection pattern connected to the substrate or a doping region located in the substrate and having a buried structure buried within the substrate;
The image sensor, wherein the doped connection pattern is formed across at least two pixel regions among the plurality of pixel regions, and at least a portion of the doped connection pattern is located on the isolation portion.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020240084847A KR20260001419A (en) | 2024-06-27 | 2024-06-27 | Image sensor |
| KR10-2024-0084847 | 2024-06-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2026008688A true JP2026008688A (en) | 2026-01-19 |
Family
ID=98155459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2025035808A Pending JP2026008688A (en) | 2024-06-27 | 2025-03-06 | Image Sensor |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20260006933A1 (en) |
| JP (1) | JP2026008688A (en) |
| KR (1) | KR20260001419A (en) |
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-
2024
- 2024-06-27 KR KR1020240084847A patent/KR20260001419A/en active Pending
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-
2025
- 2025-02-20 CN CN202510188768.4A patent/CN121240569A/en active Pending
- 2025-03-06 JP JP2025035808A patent/JP2026008688A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20260001419A (en) | 2026-01-05 |
| CN121240569A (en) | 2025-12-30 |
| US20260006933A1 (en) | 2026-01-01 |
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